一种小型化直流力矩电动机的控制系统的制作方法

1.本发明属于智能控制技术领域，尤其涉及一种小型化直流力矩电动机的控制系统。


背景技术：

2.直流力矩电机，是力矩电机的一种，以直流电作为电源的力矩电机。它是一种具有软机械特性和宽调速范围的特种电机。这种电机的轴不是以恒功率输出动力而是以恒力矩输出动力。直流力矩电机可以以较小输出转矩，而有较高的输出转速，转速和输出力扭独立进行调节，使用方便，操作简单，具有低转速、大扭矩、过载能力强、响应快、特性线性度好、力矩波动小等优点，比一般交流力矩电机具有更高的操控性。
3.在直流力矩电机实际应用过程中，其负载总是在不停的变化的，但是直流力矩电机以恒力矩输出动力，当出现直流力矩电机输出动力远大于负载时，将导致能量的浪费；当出现直流力矩电机输出动力小于负载时，不仅导致负载不能正常的运作，同时因电机转子电阻高，损耗大，所产生的热量也大，在低速运行和堵转时更为严重，易导致电机损坏。但是目前却没有一种小型化直流力矩电动机的控制系统，能及时让直流力矩电机输出动力与负载平衡，提高直流力矩电机运行效率。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供一种小型化直流力矩电动机的控制系统，用于解决目前还没有一种小型化直流力矩电动机的控制系统，能及时让所述电动机输出动力与负载平衡的问题。本发明提供的一种小型化直流力矩电动机的控制系统，可以根据吊装物品重量情况，计算所述电动机需要输出的第一力矩，然后控制所述电动机按照第一力矩输出动力，从而有效地提高了电机的运行效率和稳定性。
5.本发明实施例提供一种小型化直流力矩电动机的控制系统，包括：电子可控电阻器、圆形绕绳装置、电子拉力传感器、采集模块、力矩计算模块、电阻值减少量计算模块和控制模块；
6.所述电子可控电阻器串联于所述小型化直流力矩电动机的电枢回路中，且在初始时所述电子可控电阻器的阻值处于最大阻值；
7.所述圆形绕绳装置设置于所述小型化直流力矩电动机的转轴端，所述圆形绕绳装置包括与所述小型化直流力矩电动机的转轴连接的绕轴和缠绕于所述绕轴上的吊绳，所述吊绳的首端固定在所述绕轴上；
8.所述电子拉力传感器的输入端与所述吊绳的尾端连接，所述电子拉力传感器的输出端与所述采集模块连接；
9.采集模块，用于采集所述电子拉力传感器测量的实时拉力值；
10.力矩计算模块，用于根据所述采集模块采集的拉力值，计算所述小型化直流力矩电动机需要输出的第一力矩；
11.电阻值减少量计算模块，用于根据所述第一力矩，计算所述电子可控电阻器需要减小的电阻值；
12.控制模块，用于根据所述电子可控电阻器需要减小的电阻值，调减所述电子可控电阻器的电阻值，以使所述小型化直流力矩电动机输出所述第一力矩。
13.在一可选实施例中，所述控制模块，包括：
14.判断子模块，用于判断所述电子可控电阻器需要减小的电阻值是否小于预设电阻值；
15.控制子模块，用于在所述判断子模块的判断结果为否时，将所述电子可控电阻器的电阻值调小所述电子可控电阻器需要减小的电阻值，以使所述小型化直流力矩电动机输出所述第一力矩；或者，用于在所述判断子模块的判断结果为是时，将所述电子可控电阻器的电阻值调为0，并根据所述第一力矩，调增所述小型化直流力矩电动机两端的电压，以使所述小型化直流力矩电动机输出所述第一力矩。
16.在一可选实施例中，所述控制子模块，包括：
17.电阻值调整单元，用于在所述判断子模块的判断结果为否时，将所述电子可控电阻器的电阻值调小所述电子可控电阻器需要控制减小的电阻值；或者，用于在所述判断子模块的判断结果为是时，将所述电子可控电阻器的电阻值调为0；
18.电压值计算单元，用于在所述电阻值调整单元将所述电子可控电阻器的电阻值调为0后，根据所述第一力矩，计算所述小型化直流力矩电动机两端需要控制增加的电压值；
19.电压调整单元，用于根据所述小型化直流力矩电动机两端需要控制增加的电压值，调增所述小型化直流力矩电动机两端的电压。
20.在一可选实施例中，所述电压值计算单元，具体用于根据以下第一公式，计算所述小型化直流力矩电动机两端需要控制增加的电压值：
[0021][0022]
其中，δu(t)为t时刻所述小型化直流力矩电动机两端需要控制增加的电压值，u为t时刻所述小型化直流力矩电动机两端的电压，i表示t时刻所述小型化直流力矩电动机的电枢电流，表示励磁磁通，k表示感应电动势常数，r0表示所述小型化直流力矩电动机的保护电阻值，t(t)表示t时刻所述小型化直流力矩电动机需要输出的第一力矩。
[0023]
在一可选实施例中，所述预设电阻值为0。
[0024]
在一可选实施例中，所述力矩计算模块，具体用于根据以下第二公式，计算小型化直流力矩电动机需要输出的第一力矩：
[0025]
t(t)＝1.5
×
f(t)
×
[m(t)
×
d r]
[0026]
在第二公式中，t(t)表示t时刻所述小型化直流力矩电动机需要输出的第一力矩，f(t)表示t时刻所述电子拉力传感器测量的实时拉力值；m(t)表示t时刻所述圆形绕绳装置中的吊绳环绕圈数，d表示所述吊绳的横截面直径，r表示所述绕轴的半径。
[0027]
在一可选实施例中，所述电阻值减少量计算模块，具体用于根据以下第三公式计算所述电子可控电阻器需要减小的电阻值：
[0028][0029]
在第三公式中，δr(t)为t时刻所述电子可控电阻器需要减小的电阻值，r
max
为所述电子可控电阻器的最大电阻值。
[0030]
本发明提供了一种新的小型化直流力矩电动机的控制系统，首先采集与吊绳尾端连接的电子拉力传感器测量的实时拉力值，然后根据所述采集模块采集的拉力值，计算所述小型化直流力矩电动机需要输出的第一力矩，接着根据所述第一力矩，计算所述电子可控电阻器需要减小的电阻值，最后根据所述电子可控电阻器需要减小的电阻值，调减串联于所述小型化直流力矩电动机的电枢回路中的电子可控电阻器的电阻值，以使所述小型化直流力矩电动机输出所述第一力矩。本发明能有效地提高了电动机的运行效率和稳定性。
附图说明
[0031]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0032]
图1为本发明实施例提供的一种小型化直流力矩电动机的控制系统实施例一的结构示意图；
[0033]
图2为本发明实施例提供的一种小型化直流力矩电动机的控制系统实施例二的结构示意图；
[0034]
图3为本发明实施例提供的一种小型化直流力矩电动机的控制系统实施例三的结构示意图。
具体实施方式
[0035]
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
[0036]
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037]
图1为本发明实施例提供的一种小型化直流力矩电动机的控制系统实施例一的结构示意图。参见图1，该系统包括：电子可控电阻器1、圆形绕绳装置2、电子拉力传感器4、采集模块5、力矩计算模块6、电阻值减少量计算模块7和控制模块8；其中，
[0038]
电子可控电阻器1串联于小型化直流力矩电动机9的电枢回路中，且在初始时电子可控电阻器1的阻值处于最大阻值。
[0039]
本实施例中，在空载或者准备吊装物品时，即在对所述小型化直流力矩电动机通电后但未开始吊装物品时，控制所述电子可控电阻器的电阻值调至到最大，将使得小型化直流力矩电动机的电枢回路中的电流最小，从而保证所述小型化直流力矩电动机的使用寿命。
[0040]
圆形绕绳装置2，设置于小型化直流力矩电动机9的转轴端，圆形绕绳装置2，包括与所述小型化直流力矩电动机的转轴连接的绕轴和缠绕于所述绕轴上的吊绳3，吊绳3的首
端固定在所述绕轴上。
[0041]
电子拉力传感器4的输入端与吊绳3的尾端连接，电子拉力传感器4的输出端与采集模块连接5。
[0042]
采集模块5，用于采集电子拉力传感器4测量的实时拉力值。
[0043]
本实施例中，通过电子拉力传感器4回传的实时数值，便于后面计算出小型化直流力矩电动机需要输出的力矩，进而可以准确、及时的根据物品吊装时力的变化进行实时控制。
[0044]
力矩计算模块6，用于根据采集模块5采集的拉力值，计算小型化直流力矩电动机9需要输出的第一力矩；优选地，力矩计算模块6，具体用于根据以下第一公式，计算小型化直流力矩电动机需要输出的第一力矩：
[0045]
t(t)＝1.5
×
f(t)
×
[m(t)
×
d r]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0046]
在第一公式中，t(t)表示t时刻所述小型化直流力矩电动机需要输出的第一力矩，单位为牛顿
·
米(n
·
m)，f(t)表示t时刻所述电子拉力传感器测量的实时拉力值，单位为牛顿n；m(t)表示t时刻所述圆形绕绳装置中的吊绳环绕圈数，d表示所述吊绳的横截面直径，r表示所述绕轴的半径。
[0047]
本实施例中，将电子拉力传感器4回传的实时数值增加了0.5倍的余量，即让小型化直流力矩电动机需要输出的第一力矩增加到1.5倍，从而保证了系统的安全性。
[0048]
电阻值减少量计算模块7，用于根据所述第一力矩，计算电子可控电阻器1需要减小的电阻值；优选地，电阻值减少量计算模块7，具体用于根据如下第二公式计算所述电子可控电阻器需要减小的电阻值：
[0049][0050]
在第二公式中，δr(t)为t时刻所述电子可控电阻器需要减小的电阻值，单位为ω；r
max
为所述电子可控电阻器的最大电阻值，单位为ω；u为t时刻所述小型化直流力矩电动机两端的电压，单位为v；i表示t时刻所述小型化直流力矩电动机的电枢电流，单位为a；表示励磁磁通，单位为wb；k表示感应电动势常数，r0表示所述小型化直流力矩电动机的保护电阻值，单位为ω。
[0051]
本实施例中，根据小型化直流力矩电动机需要输出的第一力矩，计算出所述电子可控电阻器需要控制减小的电阻值，进而通过自动调节电阻值使得电动机输出需要的力矩。
[0052]
控制模块8，用于根据电子可控电阻器1需要减小的电阻值，调减电子可控电阻器1的电阻值，以使小型化直流力矩电动机9输出所述第一力矩。
[0053]
优选地，图1所示实施例中，采集模块5、力矩计算模块6、电阻值减少量计算模块7和控制模块8可以集成实施为单片机的结构。
[0054]
图2为本发明实施例提供的一种小型化直流力矩电动机的控制系统实施例二的结构示意图。参看图2，本实施例是在前述小型化直流力矩电动机的控制系统施例一的结构的基础上，进一步的，控制模块8，包括：
[0055]
判断子模块81，用于判断电子可控电阻器1需要减小的电阻值是否小于预设电阻值；其中，所述预设电阻值为0。
[0056]
控制子模块82，用于在判断子模块81的判断结果为否时，将电子可控电阻器1的电阻值调小所述电子可控电阻器需要减小的电阻值，以使所述小型化直流力矩电动机输出所述第一力矩；或者，用于在判断子模块81的判断结果为是时，将所述电子可控电阻器的电阻值调为0，并根据所述第一力矩，调增所述小型化直流力矩电动机两端的电压10，以使所述小型化直流力矩电动机输出所述第一力矩。
[0057]
本实施例中，当δr(t)《0时，则表示无论怎样调节电子可控电阻器仍然达不到所需要的力矩。但是可以将电子可控电阻器的电阻值调为0，让电动机的电枢回路中的电阻值尽量的少，保证更多的电能用于输出力矩。同时，可控制其小型化直流力矩电动机两端的电压值使其增大直至输出的力矩满足所需要的力矩为止。
[0058]
图3为本发明实施例提供的一种小型化直流力矩电动机的控制系统实施例三的结构示意图。参看图3，本实施例是在前述小型化直流力矩电动机的控制系统施例二的结构的基础上，进一步的，控制子模块82，包括：
[0059]
电阻值调整单元821，用于在判断子模块81的判断结果为否时，将电子可控电阻器1的电阻值调小电子可控电阻器1需要控制减小的电阻值；或者，用于在判断子模块81的判断结果为是时，将电子可控电阻器1的电阻值调为0。
[0060]
电压值计算单元822，用于在电阻值调整单元821将电子可控电阻器1的电阻值调为0后，根据所述第一力矩，计算小型化直流力矩电动机两端需要控制增加的电压值；优选地，电压值计算单元822，具体用于根据如下第三公式，计算所述小型化直流力矩电动机两端需要控制增加的电压值：
[0061][0062]
其中，δu(t)为t时刻所述小型化直流力矩电动机两端需要控制增加的电压值，t(t)表示t时刻所述小型化直流力矩电动机需要输出的第一力矩。
[0063]
电压调整单元823，用于根据所述小型化直流力矩电动机两端需要控制增加的电压值，调增所述小型化直流力矩电动机两端的电压10。
[0064]
本实施例中，计算出所述小型化直流力矩电动机两端需要控制增加的电压值，从而在控制电子可控电阻器不能满足要求的情况下对其电动机两端的电压进行控制，进而双保险控制吊装，保证了系统的可靠性以及稳定性。并在吊装完物品后单片机控制电子可控电阻器的阻值再次调至到最大并等待下一次的吊装，从而保证了电机的使用寿命。
[0065]
本实施例提供的一种小型化直流力矩电动机的控制系统，首先采集与吊绳尾端连接的电子拉力传感器测量的实时拉力值，然后根据所述采集模块采集的拉力值，计算所述小型化直流力矩电动机需要输出的第一力矩，接着根据所述第一力矩，计算所述电子可控电阻器需要减小的电阻值，最后根据所述电子可控电阻器需要减小的电阻值，调减串联于所述小型化直流力矩电动机的电枢回路中的电子可控电阻器的电阻值，以使所述小型化直流力矩电动机输出所述第一力矩。并且在控制电子可控电阻器的电阻不能满足要求的情况下对其电动机两端的电压进行控制，进而双保险控制吊装。本发明能有效地提高了电机的运行效率和稳定性。
[0066]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流
程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0067]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0068]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0069]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。