專(zhuān)利名稱(chēng)：一種機(jī)床工件退磁控制裝置及其退磁方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及退磁領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)床エ件退磁控制裝置及其退磁方法。
背景技術(shù)：
在機(jī)械加工過(guò)程中，對(duì)夾持待加工エ件的電磁吸盤(pán)進(jìn)行充磁與退磁是經(jīng)常遇到的一個(gè)輔助加工環(huán)節(jié)。以平面磨床為例，該設(shè)備是ー種以電磁吸盤(pán)吸附エ件，由砂輪對(duì)エ件進(jìn)行平面磨削的設(shè)備。電磁吸盤(pán)的工作原理就是電磁場(chǎng)理論中著名的安培全電流定律/ Hdl=Jds+5D/5t。在需要電磁吸盤(pán)吸附待加工エ件時(shí)，可在電磁吸盤(pán)的勵(lì)磁線圈兩端施加勵(lì)磁電壓，產(chǎn)生勵(lì)磁電流，從而產(chǎn)生吸附待加工エ件的磁場(chǎng)，這個(gè)過(guò)程就是充磁過(guò)程。在加エ過(guò)程結(jié)束后，需要將加工好的エ件從吸盤(pán)上拆卸下來(lái)時(shí)，僅僅消除勵(lì)磁電流是不夠的。公知的，鐵磁物質(zhì)具有磁滯現(xiàn)象，因此消除勵(lì)磁電流，在鐵磁物質(zhì)中依然會(huì)有剩磁存在，使得エ件難于拆卸。此時(shí)就需要對(duì)電磁吸盤(pán)進(jìn)行退磁，以抵消剩磁對(duì)加工完畢エ件的吸附力，這個(gè)過(guò)程就是退磁過(guò)程。 目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的電磁吸盤(pán)的退磁控制裝置基本都采用直流換向衰減法，直流換向衰減法通過(guò)不斷改變勵(lì)磁電壓的大小和方向，使通過(guò)負(fù)載線圈的電流逐漸衰減到零，從而進(jìn)行退磁。這些退磁控制裝置的基本結(jié)構(gòu)都采用PWM波驅(qū)動(dòng)由可控開(kāi)關(guān)管構(gòu)成的H橋逆變電路，如圖I所示。在圖I中，Q1、Q4管導(dǎo)通Q2、Q3截止時(shí)，電感L當(dāng)中的電流從左至右流過(guò)；Q2、Q3管導(dǎo)通Ql、Q4截止吋，電感L當(dāng)中的電流從右至左流過(guò)，因此通過(guò)改變加在Ql、Q2、Q3、Q4門(mén)極邏輯電平的高低，可以改變勵(lì)磁電流的方向。改變加在PWM波占空比時(shí)，可改變圖I中直流電源U的大小，從而控制勵(lì)磁電流的大小。從電路理論角度來(lái)看，電磁吸盤(pán)可視為感性負(fù)載。當(dāng)采用直流換向衰減法進(jìn)行退磁時(shí)，由于線圈中的電流是衰減的，從而使得磁場(chǎng)不斷衰減。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，衰減的磁場(chǎng)將在線圈兩端感應(yīng)出感生電動(dòng)勢(shì)，感生電動(dòng)勢(shì)的大小和線圈電感與電流的變化率成正比。因此在采用直流換向衰減法進(jìn)行退磁時(shí)必須注意加在勵(lì)磁線圈兩端的反向電壓應(yīng)在線圈中的電流裳減至零后再施加在線圈兩端，否則感生電動(dòng)勢(shì)將和反向電壓冋向串聯(lián)，導(dǎo)致線路中的電流過(guò)大，有可能對(duì)電路中的元件造成損壞。由電路理論可知，電感中的電流將在經(jīng)過(guò)3到5倍時(shí)間常數(shù)后基本衰減至零，所以對(duì)于退磁裝置應(yīng)在線圈兩端每經(jīng)過(guò)3到5倍時(shí)間常數(shù)施加一次反壓。對(duì)于電感元件，其時(shí)間常數(shù)和線路的電感值及電阻有夫，因此要想確定施加反壓的時(shí)間間隔必須知道電路的相關(guān)參數(shù)。但是對(duì)于不同的電磁吸盤(pán)，其電感及電阻值均不相同，為此，為了確保線路的安全只能按照最大值確定，從而造成整個(gè)退磁過(guò)程時(shí)間變長(zhǎng)，退磁效率低下。為了可靠退磁，除了保證每次換向時(shí)勵(lì)磁電流衰減到零，還要使換向次數(shù)必須足夠多，而且每次衰減幅度要盡可能小。因此，在退磁操作中，控制器輸出ー組占空比逐步變小、正反極性交替的方波序列，直至方波的占空比接近零。圖3是采用現(xiàn)有技術(shù)的電感線圈的電流電壓波形圖。圖中，占空比不斷減小，直至電流衰減至接近零，所以毎次的續(xù)流時(shí)間也越來(lái)越短，但是每次的續(xù)流時(shí)間都是Td，造成了效率的極大降低。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供ー種能夠適應(yīng)不同電磁吸盤(pán)，自動(dòng)調(diào)整施加退磁反壓時(shí)間和勵(lì)磁電壓的一種機(jī)床エ件退磁控制裝置及其退磁方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種機(jī)床エ件退磁控制裝置，包括電源輸入端和電源輸出端，電源輸入端與變壓整流穩(wěn)壓電路電聯(lián)，變壓整流穩(wěn)壓電路的輸出端經(jīng)DC/DC變換電路輸出直流電壓至H橋逆變電路；還包括由數(shù)字信號(hào)處理器構(gòu)成的控制回路，控制回路通過(guò)AD轉(zhuǎn)換器采集勵(lì)磁線圈的信息，井根據(jù)計(jì)算出的勵(lì)磁線圈等效時(shí)間常數(shù)產(chǎn)生PWM波，PWM波通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器的輸出端輸出至DC/DC變換電路，同時(shí)PWM波控制H橋逆變電路開(kāi)關(guān)管的輪換導(dǎo)通，以產(chǎn)生幅度衰減、極性可調(diào)的退磁電壓。上述數(shù)字信號(hào)處理器采用采用BF531。上述機(jī)床エ件退磁控制裝置的退磁方法，在待退磁裝置的勵(lì)磁線圈兩端施加極性交替變換的PWM波形式的退磁電壓，其中，交流電壓經(jīng)DC/DC變換電路產(chǎn)生直流電壓至H橋 逆變電路，然后施加于勵(lì)磁線圈；由數(shù)字信號(hào)處理器產(chǎn)生施加在勵(lì)磁線圈上的參數(shù)辨識(shí)所需的偽隨機(jī)ニ進(jìn)制序列信號(hào)，利用AD轉(zhuǎn)換器對(duì)勵(lì)磁線圈中的電流進(jìn)行采樣，然后根據(jù)采樣信息采用相關(guān)分析方法辨識(shí)勵(lì)磁線圈的等效時(shí)間常數(shù)；每隔3-5倍的時(shí)間常數(shù)，通過(guò)H橋逆變電路改變PWM波的極性。所述DC/DC變換電路采用DC/DC Boost升壓電路，其輸出直流電壓充當(dāng)H橋逆變電路所需直流電源。本發(fā)明帶來(lái)的有益效果為由于采用了 DC/DC變換技術(shù)和參數(shù)辨識(shí)技術(shù)，可根據(jù)實(shí)際勵(lì)磁線圈驅(qū)動(dòng)電壓的不同，改變DC/DC模塊的輸出，使得控制裝置可以自動(dòng)適應(yīng)各種型號(hào)的電磁吸盤(pán)，無(wú)需針對(duì)不同的電磁吸盤(pán)進(jìn)行退磁時(shí)間的整定，降低了設(shè)備操作和整定的難度。應(yīng)用相關(guān)分析的方法，識(shí)別待退磁裝置勵(lì)磁線圈等效時(shí)間常數(shù)，可精確控制對(duì)勵(lì)磁線圈施加反壓的時(shí)刻，確保在勵(lì)磁線圈電流衰減為零的條件下進(jìn)行換流，降低了元件損壞的風(fēng)險(xiǎn)，極大的提高了退磁效率。
圖I是由可控開(kāi)關(guān)管構(gòu)成的H橋逆變電路；
圖2是本發(fā)明的原理框 圖3是現(xiàn)有技術(shù)中退磁控制裝置對(duì)電磁吸盤(pán)進(jìn)行退磁時(shí)勵(lì)磁線圈電壓電流變化示意
圖4是本發(fā)明中電磁吸盤(pán)勵(lì)磁線圈電壓電流變化示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步的詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明以磨床電磁吸盤(pán)控制器為例作進(jìn)ー步說(shuō)明。本發(fā)明將參數(shù)辨識(shí)技術(shù)和DC/DC變換技術(shù)引入電磁吸盤(pán)控制器設(shè)計(jì)中，如圖2所示，包括電源輸入端和電源輸出端，電源輸入端與變壓整流穩(wěn)壓電路電聯(lián)，變壓整流穩(wěn)壓電路的輸出端經(jīng)DC/DC變換電路輸出直流電壓至H橋逆變電路。還包括由數(shù)字信號(hào)處理器構(gòu)成的控制回路；控制回路通過(guò)AD轉(zhuǎn)換器采集勵(lì)磁線圈的信息，井根據(jù)計(jì)算出的勵(lì)磁線圈等效時(shí)間常數(shù)產(chǎn)生PWM波，PWM波通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器的輸出端輸出至DC/DC變換電路，同時(shí)PWM波輸出至H橋逆變電路，控制H橋逆變電路開(kāi)關(guān)管的輪換導(dǎo)通，以產(chǎn)生幅度衰減、極性可調(diào)的退磁電壓。其中，控制回路采用DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)，在該實(shí)例中電磁吸盤(pán)控制器硬件基于ADI公司的BF531DSP，利用DSP器件的高速運(yùn)算能力，采用相關(guān)分析的方法對(duì)電磁吸盤(pán)勵(lì)磁線圈的脈沖響應(yīng)進(jìn)行辨識(shí)，從而確定其等效時(shí)間常數(shù)。在時(shí)間常數(shù)確定的情況下，只需按照電路理論經(jīng)過(guò)3-5倍時(shí)間常數(shù)對(duì)勵(lì)磁線圈施加反壓即可。利用此退磁控制裝置的退磁方法對(duì)磨床電磁吸盤(pán)進(jìn)行退磁的步驟
(I)根據(jù)勵(lì)磁線圈的額定工作電壓，對(duì)控制器中的DC/DC環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)定，以滿足勵(lì)磁線圈額定電壓的要求。(2)由BF531 DSP產(chǎn)生施加在電磁吸盤(pán)勵(lì)磁線圈上的參數(shù)辨識(shí)所需的PRBS (偽隨機(jī)ニ進(jìn)制序列)信號(hào)，利用AD對(duì)勵(lì)磁線圈中的電流進(jìn)行采樣。
(3)根據(jù)第二步所獲得的電磁吸盤(pán)勵(lì)磁線圈的輸入輸出數(shù)據(jù)，采用相關(guān)分析的方法對(duì)勵(lì)磁線圈等效時(shí)間常數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。(4)利用BF531 DSP內(nèi)部的定時(shí)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生退磁所需的PWM波，相鄰PWM波的間隔時(shí)間為3-5倍時(shí)間常數(shù)，即施加反壓的間隔時(shí)間由辨識(shí)結(jié)果自動(dòng)確定。(5) PWM波經(jīng)H橋逆變電路施加在勵(lì)磁線圈兩端，對(duì)電磁吸盤(pán)進(jìn)行退磁。由于不同電磁吸盤(pán)勵(lì)磁線圈所對(duì)應(yīng)的勵(lì)磁電壓不同，為此使用DC/DC變換技術(shù)將5V直流變換至電磁吸盤(pán)勵(lì)磁線圈對(duì)應(yīng)的額定驅(qū)動(dòng)電壓，提高退磁控制裝置的適應(yīng)性。DC/DC環(huán)節(jié)設(shè)定的方法是通過(guò)交互式人機(jī)界面設(shè)定退磁時(shí)勵(lì)磁線圈兩端施加退磁電壓的最大值，退磁電壓將以此電壓為基準(zhǔn)，逐步衰減至零。具體的電路結(jié)構(gòu)為DC/DC boost升壓電路。其中，利用相關(guān)分析方法對(duì)勵(lì)磁線圈等效時(shí)間常數(shù)進(jìn)行辨識(shí)的方法，本質(zhì)上就是對(duì)線圈脈沖響應(yīng)的辨識(shí)，幾:」:11!.論依則就圮方名的Wicncr-lIopI. JjH
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式中RxY(t):勵(lì)磁線圈兩端電壓和勵(lì)磁電流的互相關(guān)函數(shù)；
Rxx (t):勵(lì)磁線圈兩端電壓的自相關(guān)函數(shù)； g(t):勵(lì)磁線圈的脈沖響應(yīng)；
當(dāng)勵(lì)磁線圈兩端電壓為PRBS信號(hào)時(shí)，由于PRBS信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)Rxx(t)= S⑴，此時(shí)，Wiener-Hopf方程變?yōu)镽xyU)= g(t)，即只需計(jì)算出勵(lì)磁線圈兩端電壓和勵(lì)磁電流的互相關(guān)函數(shù)便可得出勵(lì)磁線圈的脈沖響應(yīng)g(t)，由g(t)便可直接確定系統(tǒng)等效時(shí)間常數(shù)。采用該控制方法的電磁吸盤(pán)勵(lì)磁線圈在退磁過(guò)程中的電壓電流示意圖如圖4所示。初始時(shí)開(kāi)關(guān)管Ql，Q4導(dǎo)通；根據(jù)初始設(shè)定的占空比，tl時(shí)刻，控制ー支路兩個(gè)開(kāi)關(guān)管Q1，Q4關(guān)斷，由于失去供電，電感線圈開(kāi)始放電，線圈中的電流不斷減小，經(jīng)過(guò)3-5倍時(shí)間常數(shù)放電結(jié)束，電流下降到零，立即導(dǎo)通開(kāi)關(guān)管Q2，Q3，則負(fù)載電壓和電流均反向，電流開(kāi)始增カロ。對(duì)比圖3和圖4可以很容易的看出，在PWM波周期不變的前提下，使用本裝置可顯著縮短退磁時(shí)間，并且由于在本裝置中使用了參數(shù)辨識(shí)方法，因此控制器的智能水平顯著提高，可自適應(yīng)各種電磁吸盤(pán)，無(wú)需對(duì)退磁時(shí)間進(jìn)行人工整定。采用此退磁方法的退磁時(shí)間是傳統(tǒng)退磁時(shí)間的三分之一，有效提高了退磁效率。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施實(shí)例而已，并非對(duì)本發(fā)明做任何形式上的限定，車(chē)床、磨床、銑床只要使用了電磁夾具，都可以使用這種退磁方法進(jìn)行退磁。任何熟 悉本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述掲示的技術(shù)方案加以變更或修飾為等同變化的等效實(shí)施實(shí)例，但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)上述實(shí)施實(shí)例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)床エ件退磁控制裝置，包括電源輸入端和電源輸出端，電源輸入端與變壓整流穩(wěn)壓電路電聯(lián)，其特征在于變壓整流穩(wěn)壓電路的輸出端經(jīng)DC/DC變換電路輸出直流電壓至H橋逆變電路；還包括由數(shù)字信號(hào)處理器構(gòu)成的控制回路，控制回路通過(guò)AD轉(zhuǎn)換器采集勵(lì)磁線圈的信息，井根據(jù)計(jì)算出的勵(lì)磁線圈等效時(shí)間常數(shù)產(chǎn)生PWM波，PWM波通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器的輸出端輸出至DC/DC變換電路，同時(shí)PWM波控制H橋逆變電路開(kāi)關(guān)管的輪換導(dǎo)通，以產(chǎn)生幅度衰減、極性可調(diào)的退磁電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種機(jī)床エ件退磁控制裝置，其特征在于所述數(shù)字信號(hào)處理器采用BF531。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的ー種機(jī)床エ件退磁控制裝置的退磁方法，在待退磁裝置的勵(lì)磁線圈兩端施加極性交替變換的PWM波形式的退磁電壓，其特征在于交流電壓經(jīng)DC/DC變換電路產(chǎn)生直流電壓至H橋逆變電路，然后施加于勵(lì)磁線圈；其中，由數(shù)字信號(hào)處理器產(chǎn)生施加在勵(lì)磁線圈上的參數(shù)辨識(shí)所需的偽隨機(jī)ニ進(jìn)制序列信號(hào)，利用AD轉(zhuǎn)換器對(duì)勵(lì)磁線圈中的電流進(jìn)行采樣，然后根據(jù)采樣信息采用相關(guān)分析方法辨識(shí)勵(lì)磁線圈的等效時(shí)間常數(shù)；每隔3-5倍的時(shí)間常數(shù)，通過(guò)H橋逆變電路改變PWM波的極性。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種機(jī)床エ件退磁控制裝置的退磁方法，其特征在于所述DC/DC變換電路采用DC/DC Boost升壓電路，其輸出直流電壓充當(dāng)H橋逆變電路所需直流電源。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種機(jī)床工件退磁控制裝置及其退磁方法，在待退磁裝置的勵(lì)磁線圈兩端施加極性交替變換的PWM波形式的退磁電壓，其中，退磁電壓經(jīng)H橋逆變電路施加于勵(lì)磁線圈；H橋逆變電路所需的直流電壓由DC/DCBoost升壓電路產(chǎn)生；由數(shù)字信號(hào)處理器產(chǎn)生施加在勵(lì)磁線圈上的參數(shù)辨識(shí)所需的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列信號(hào)，利用AD對(duì)勵(lì)磁線圈中的電流進(jìn)行采樣，然后采用相關(guān)分析方法辨識(shí)勵(lì)磁線圈的等效時(shí)間常數(shù)；每隔3-5倍的時(shí)間常數(shù)，通過(guò)H橋逆變電路改變PWM波的極性。本發(fā)明自主確定改變施加于勵(lì)磁線圈兩端退磁電壓的極性的時(shí)刻，極大的提高了退磁效率。同時(shí)可適應(yīng)各種待退磁裝置，降低了設(shè)備操作和整定的難度。
文檔編號(hào)H02M5/42GK102832010SQ20121028784
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月14日
發(fā)明者孫向文, 陳乃明, 劉勇, 張春陽(yáng), 王志強(qiáng), 蔡廣軍, 趙海霞 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)