CN106863293A - 一种基于虚拟仪器技术的无线式柔性臂振动控制*** - Google Patents

一种基于虚拟仪器技术的无线式柔性臂振动控制*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于虚拟仪器技术的无线式柔性臂振动控制***，采用SRWF-1021-50无线模块进行无线通信。由压电双杆柔性臂、现场振动控制端以及主控制端三大部分组成，其中AT89S52单片机控制步进电机运动，采用电磁线圈作为传感器检测振动信号，压电元件为作动器，并利用SRWF-1021-50无线模块实现振动控制端与主控制端之间信号的无线传输。解决了利用有线所带来的操作不便，同时提高了***的安全性。无线式振动控制***的研究具有很高的实用性，对实现遥控遥测也具有重要的意义。

Description

一种基于虚拟仪器技术的无线式柔性臂振动控制***
技术领域
本发明涉及一种基于虚拟仪器技术的无线式柔性臂振动控制***，适用于机械领域。
背景技术
随着现代科学技术和社会经济的迅猛发展，柔性臂因具有工作效率高、能量消耗低、载荷质量比大等优点，广泛应用于机械加工、精密测量、航空航天等领域。但柔性臂容易发生弹性振动，且持续时间较长，使得柔性臂难以精确定位，降低了工作效率，从而影响了机器的正常使用。目前所采用的振动控制手段一般是使用电机和智能材料同时控制柔性臂运动。智能材料的应用也是近年来柔性臂研究的热点，在这些研究中往往将智能材料用于抑制柔性臂弹性振动。BAILEY等将压电薄膜粘贴于梁上作为分布作动器，将悬臂梁自由端的角速度作为反馈变量对梁进行了振动控制。孙东昌等采用将分布压电传感器和作动器分割成若干相互独立的单元的方法，来设计压电模态传感器和压电模态作动器，进行柔性臂的振动控制。
然而传统的振动控制***线路复杂、安装繁琐，不适合于远程控制。它一般采用有线的方法，在多点、多参数、远距离检测与控制中，需要布设和编排的电缆线较多，占用大量的时间和人力物力，而且极易造成人为的错误。一旦出现问题，在复杂的电缆线中查找错误，也是十分困难的。随着无线通信技术和无线传感器网络技术的飞速发展，出现了ZigBee，WiFi，UWB等无线通信技术，这为采集振动信息提供了全新的手段。周富民等利用无线传感网络将采集到的轨道振动信息传送至控制器，从而可将以前无法直接获得的轨道状态用于悬浮控制，这种方法对于认清车辆与轨道的祸合振动本质，具有积极意义。SUN等对无线技术用于柔性臂振动控制做了初步研究，提出用无线传感远程控制柔性臂的振动，用激光多普勒测振仪来测量振动速度，形成了一个无线闭环振动控制。
发明内容
本发明提出了一种基于虚拟仪器技术的无线式柔性臂振动控制***，由压电双杆柔性臂、现场振动控制端以及主控制端三大部分组成，其中AT89S52单片机控制步进电机运动，采用电磁线圈作为传感器检测振动信号，压电元件为作动器，并利用SRWF-1021-50无线模块实现振动控制端与主控制端之间信号的无线传输。
本发明所采用的技术方案是：
所述控制***现场控制端包括步进电机的驱动，振动信号的采集和A/D,D/A转换，压电驱动器等；主控制端采用LabVIEW软件编程，主要完成振动数据的接收、处理和发送；一对无线数传模块用于两控制端信号的传输，实现了无线振动控制。
所述控制***采用SRWF-1021-50无线模块进行无线通信。SRWF-1021-50型微功率无线数传模块是采用高效FEC前向纠错技术结合高性能的无线射频IC CC1020，以及高速微处理器相结合开发出的一款无线通信模块，具有很强的抗干扰能力，全透明传输。SRWF-1021-50型微功率无线数传模块提供标准RS232, RS485和UART (TTL电平)3种接口方式，可与计算机、用户的RS485设备、单片机或其他UART器件直接连接使用，而并不需要进行外部编程，使用起来较为方便。SRWF-1021-50的右下角有一组5位的短路跳线(Jl)，分别定义为A,B, C,D,E。其中A,B,C是用来进行通道0~7的选择；D是接口方式的选择，如果使用TTL接口方式，D不插短路器；E位是用来选择校验方式，E插短路器表示一位校验，否则就不带校验位。当无线模块往空中发送数据时，RX灯(红灯)会闪(RS232/ RS485模式时不闪)；当模块接收到空中的数据时，TX灯(绿灯)会闪烁。
所述现场控制端采用单片机键盘控制柔性臂的运动，同时压电传感器采集振动信号经过A/D转换将模拟信号转换为数字信号，数字信号通过无线数传模块发送至主控制端。无线模块与单片机连线中，SRWF-1021-50的RX与单片机TX相连，TX与RX相连，实现了单片机与无线模块的通信。主控制端对接收到的信号进行预处理，编辑控制算法得到一个控制信号，再将其通过无线模块发送至现场控制端，启动D/A转换，驱动压电作动器工作，实现柔性臂的振动控制。
所述控制***软件采用LabVIEW软件进行编制，LabVIEW是一种功能很强大的软件，是一种图形编程语言，其编程过程就是通过图形符号描述程序的运行。LabVIEW集成了与满足CPIB,VXI,RS232和RS485协议的硬件及数据采集卡通信的全部功能。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都更加形象化。在现代机械工业和机械工程中，振动测试、信号处理以及分析是十分重要的环节。但是在机械振动测试中，所需的测试仪器繁多复杂，导致测试工作需要大量的人力、物力。随着计算机和软件技术的发展，虚拟仪器正在逐渐成为测试领域的发展方向，采用虚拟仪器实现振动测试与分析也成为振动测试的发展趋势。采用虚拟仪器技术实现柔性臂的振动控制。
本发明的有益效果是：该***将虚拟仪器技术和无线传输技术应用于振动控制中，旨在改善振动传感器检测振动信号与振动控制信号的传输方式，解决了利用有线所带来的操作不便，同时提高了***的安全性。无线式振动控制***的研究具有很高的实用性，对实现遥控遥测也具有重要的意义。
附图说明
图1是本发明的总体设计方案图。
图2是本发明的无线模块与单片机连线图。
图3是本发明的总体流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，控制***现场控制端包括步进电机的驱动，振动信号的采集和A/D ,D/A转换，压电驱动器等；主控制端采用LabVIEW软件编程，主要完成振动数据的接收、处理和发送；一对无线数传模块用于两控制端信号的传输，实现了无线振动控制。
***工作原理是：以双杆压电柔性臂为控制对象，采用压电陶瓷和步进电机双重驱动，其中步进电机控制柔性臂的刚性运动，压电作动器控制柔性臂的弹性振动。首先，由单片机键盘控制步进电机的运动，接着主控制端向数据采集***发送“采集”命令，来启动振动数据的采集。压电传感器将采集到的振动信号经过电荷放大转化为电压信号，然后通过A/D转换将模拟信号转化为数字信号。数字信号由无线数传模块发送至主控制端进行处理，得出一个控制信号经过无线模块传输至现场控制端，启动D/A转换，将其转换为模拟信号用于驱动压电作动器工作，从而实现对柔性机械臂振动的主动控制。
如图2，控制***采用SRWF-1021-50无线模块进行无线通信。SRWF-1021-50型微功率无线数传模块是采用高效FEC前向纠错技术结合高性能的无线射频IC CC1020，以及高速微处理器相结合开发出的一款无线通信模块，具有很强的抗干扰能力，全透明传输。SRWF-1021-50型微功率无线数传模块提供标准RS232, RS485和UART (TTL电平)3种接口方式，可与计算机、用户的RS485设备、单片机或其他UART器件直接连接使用，而并不需要进行外部编程，使用起来较为方便。SRWF-1021-50的右下角有一组5位的短路跳线(Jl)，分别定义为A,B,C,D,E。其中A,B,C是用来进行通道0~7的选择；D是接口方式的选择，如果使用TTL接口方式，D不插短路器；E位是用来选择校验方式，E插短路器表示一位校验，否则就不带校验位。当无线模块往空中发送数据时，RX灯(红灯)会闪(RS232/ RS485模式时不闪)；当模块接收到空中的数据时，TX灯(绿灯)会闪烁。
现场控制端采用单片机键盘控制柔性臂的运动，同时压电传感器采集振动信号经过A/D转换将模拟信号转换为数字信号，数字信号通过无线数传模块发送至主控制端。无线模块与单片机连线中，SRWF-1021-50的RX与单片机TX相连，TX与RX相连，实现了单片机与无线模块的通信。主控制端对接收到的信号进行预处理，编辑控制算法得到一个控制信号，再将其通过无线模块发送至现场控制端，启动D/A转换，驱动压电作动器工作，实现柔性臂的振动控制。
如图3，控制***软件采用LabVIEW软件进行编制，LabVIEW是一种功能很强大的软件，是一种图形编程语言，其编程过程就是通过图形符号描述程序的运行。LabVIEW集成了与满足CPIB,VXI,RS232和RS485协议的硬件及数据采集卡通信的全部功能。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都更加形象化。在现代机械工业和机械工程中，振动测试、信号处理以及分析是十分重要的环节。但是在机械振动测试中，所需的测试仪器繁多复杂，导致测试工作需要大量的人力、物力。随着计算机和软件技术的发展，虚拟仪器正在逐渐成为测试领域的发展方向，采用虚拟仪器实现振动测试与分析也成为振动测试的发展趋势。采用虚拟仪器技术实现柔性臂的振动控制。

Claims (4)

1.一种基于虚拟仪器技术的无线式柔性臂振动控制***，其特征是：所述控制***现场控制端包括步进电机的驱动，振动信号的采集和A/D,D/A转换，压电驱动器等；主控制端采用LabVIEW软件编程，主要完成振动数据的接收、处理和发送；一对无线数传模块用于两控制端信号的传输，实现了无线振动控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器技术的无线式柔性臂振动控制***，其特征是：所述控制***采用SRWF-1021-50无线模块进行无线通信，SRWF-1021-50型微功率无线数传模块是采用高效FEC前向纠错技术结合高性能的无线射频IC CC1020，以及高速微处理器相结合开发出的一款无线通信模块，具有很强的抗干扰能力，全透明传输。
3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器技术的无线式柔性臂振动控制***，其特征是：所述现场控制端采用单片机键盘控制柔性臂的运动，同时压电传感器采集振动信号经过A/D转换将模拟信号转换为数字信号，数字信号通过无线数传模块发送至主控制端。
4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器技术的无线式柔性臂振动控制***，其特征是：所述控制***软件采用LabVIEW软件进行编制，LabVIEW是一种功能很强大的软件，是一种图形编程语言，其编程过程就是通过图形符号描述程序的运行。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109873740A (zh) * 2019-03-28 2019-06-11 北京科技大学 一种机械摆动雷达数据通信***
CN111300381A (zh) * 2020-01-20 2020-06-19 兰州理工大学 基于数字孪生三维模型的软体机器人或驱动器***及其建模方法

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