[发明专利]一种正负十分之一毫米级间隙动态测量控制系统与控制方法

说明书

技术领域

本发明属于精密机械运动控制领域。

背景技术

在激光切割和等离子切割等特种加工过程中，需要切割头与板材之间始终保持一定的间隙值(典型范围为1mm-3mm)，这是因为间隙值过小会烧毁板材，间隙值过大则聚光能量不足。要实现毫米级间隙值的随动，必须保证间隙值的测量分辨率达到0.1mm：就现有的微小间隙工业测量方法来看，激光测距和超声波测距的分辨率在1mm左右，不能满足要求；电涡流位移传感器的分辨率可以高于0.1mm但是受现场电磁干扰较大。

发明内容

本发明为解决上述问题，提出了一种正负十分之一毫米级间隙动态测量控制系统与控制方法，用于控制切割头与待切割板材之间的间隙。

一种正负十分之一毫米级间隙动态测量控制系统，用于测量并控制切割头与待切割板材之间的间隙值，并控制该间隙值处于设定值，其特征在于，包括：间隙调节机构，与切割头连接，包括电机，用于调节切割头与待切割板材之间的间隙；电容检测电路，具有输入端和输出端，用于测量切割头与待切割板材之间的电容值并通过输出端发送出去；驱动器，与间隙调节结构连接，用于直接驱动该间隙调节机构；以及控制器，与驱动器和电容检测电路连接，接收从输出端发送来的电容值，将该电容值与设定值进行比较处理后得出控制信号，并发出该控制信号来控制驱动器，其中，输入端具有两根导线，分别与切割头、待切割板材连接。

本发明提供的正负十分之一毫米级间隙动态测量控制系统，还可以具有这样的特征，其特征在于还包括：参数设定与监控单元，与控制器连接，用于设定预定数值，并实时获取电容值并转换为间隙值进行显示。

本发明提供的正负十分之一毫米级间隙动态测量控制系统，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，间隙调节机构还包括滚珠丝杠滑台，电机为伺服电机，伺服电机与驱动器连接，滚珠丝杠滑台与伺服电机、切割头直接连接，驱动器驱动伺服电机带动滚珠丝杠滑台动作从而调节切割头与待切割板材之间的间隙值。

本发明提供的正负十分之一毫米级间隙动态测量控制系统，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，控制器为MCU控制器。

本发明提供的正负十分之一毫米级间隙动态测量控制系统，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，控制器为采用PID负反馈控制原理。

本发明提供的正负十分之一毫米级间隙动态测量控制系统，还可以具有这样的特征，其特征在于：其其中，参数设定与监控单元为工控机。

本发明提供的正负十分之一毫米级间隙动态测量控制系统，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，电容检测电路还包括与电容检测转换芯片相连的STC12高速单片机芯片。

本发明提供的正负十分之一毫米级间隙动态测量控制系统，还可以具有这样的特征，其特征在于：其中，电容检测电路还包括与电容检测转换芯片相连的STC12高速单片机芯片。

本发明还提供一种根据上述的正负十分之一毫米级间隙动态测量控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，设第k时刻的间隙误差error(k)为：

error(k)＝Set-Measure(k)(1)

(1)式中，Set为间隙设定值，Measure(k)为实际测量值；

步骤二，控制器的控制律表达式为：

Pul(k)＝K_p·[err(k)-err(k-1)]+K_i·err(k)+K_d[err(k)-2err(k-1)+err(k-2)](2)

(2)式中，Pul(k)为控制器发出的脉冲信号频率，它与间隙调节机构的运动速度成正比，K_p，K_i，K_d分别为比例环节系数、积分环节系数和微分环节系数；

步骤三，驱动器根据Pul(k)的大小对应计算出电机的转速，该电机的转向由error(k)值确定：当误差在正负十分之一毫米内的时候，电机停止转动，转速为零，否则根据偏差的正负进行转向的反向切换；

步骤四，间隙调节机构根据的电机根据步骤三中得到的转速来运转，调节切割头与待切割板材之间的间隙。

发明作用与效果