CN108265655A - 一种电控工业清洁装置及其控制方法 - Google Patents

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李光林
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Abstract

本发明公开了一种电控工业清洁装置，包括：壳体，其为圆柱形结构，且内部具有中空的腔体；第一导轨，其固定连接在所述壳体内壁一侧；第一滑块，其设置在所述第一导轨上，第二导轨，其固定连接在所述壳体内壁的另一侧，并与所述第一导轨沿所述壳体的轴线对称设置；第二滑块，其设置在所述第二导轨上，连接件，其两端设置有连接杆，能够分别固定连接所述第一滑块和所述第二滑，使所述第一滑块和所述第二滑块同步运动；其中，所述壳体、所述水槽、所述升降杆以及所述清洁机构均为同轴设置。采用工业清洁装置对工业生产车间进行清理，能够大大节约人力，节省清理时间。

Description

一种电控工业清洁装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种电控工业清洁装置及其控制方法，属于工业生产领域。
背景技术
工业化(Industrialization)是指利用机械化手段，以物质资料为原料，以资本和劳动为生产要素，进行大规模的物质产品的生产和消费，推动人类社会从农业社会迈向工业社会，实现以机器大生产为特征的工业部门在国内生产总值中所占比重不断上升的发展过程
目前，随着工业发展和社会的进步，我国经济不断发展，人们经济水平和国民GDP不断攀升，工业化逐步被推行和发展，工业生产越来越接近人们的生活。
然而在工业生产过程中，随着工业生产规模的不断扩大，需要不断的增加工业生产空间，同时，工业生产空间的清洁问题需要得到人们的关注和重视，因为巨大的生产车间单凭人力进行清洁和打扫是十分费力的，需要投入大量的人力和工具，并且效率低，因此需要一种能够进行大规模清洁的工业清洁装置来代替人力。
同时，在工业车间清洁过程中，由于地理位置、环境或是生产等因素影响，工业车间会存在不平整的地面，地势高低不平整情况，这往往给清洁工作带来困难。
发明内容
本发明设计开发了一种电控工业清洁装置，能够对大面积工业车间进行清理，并且对不同高度的地面进行清洁，实现清洁装置高度可调。
本发明还设计开发了一种电控工业清洁装置的控制方法，本发明的目的是在通过模糊PID控制器在工作过程中对出水流量进行调控，提高设备的工作精度。
本发明提供的技术方案为：
一种电控工业清洁装置，包括：
壳体，其为圆柱形结构，且内部具有中空的腔体；
水槽，其为圆环形并套设在所述壳体下部的外周圆上，所述水槽的底部和所述壳体的底部处于同一水平面上；
升降机构，其设置在所述壳体内壁的两侧，并通过升降杆的旋转带动驱动机构进行升降；
清洁机构，其一端与所述驱动机构的下端连接，且内部通过连接管与所述水槽的出水口连接，能够对需要清洁的场地进行清洁；
行走机构，其一端连接在所述水槽的底部；
其中，所述壳体、所述水槽、所述升降杆以及所述清洁机构均为同轴设置。
优选的是，所述升降装置包括：
第一导轨，其固定连接在所述壳体内壁一侧；
第一滑块，其设置在所述第一导轨上，并在所述第一导轨上进行滑动；
第二导轨，其固定连接在所述壳体内壁的另一侧，并与所述第一导轨沿所述壳体的轴线对称设置；
第二滑块，其设置在所述第二导轨上，并在所述第二导轨上进行滑动；
连接件，其两端设置有连接杆，能够分别固定连接所述第一滑块和所述第二滑，使所述第一滑块和所述第二滑块同步运动。
优选的是，所述升降机构还包括升降杆，所述升降杆一端连接在所述连接件的中部，另一端连接有旋转盘；
其中，所述升降杆外部设置有外螺纹，所述外螺纹能够与设置在所述壳体顶部的螺纹孔进行配合，并通过用手握住所述旋转盘上的摇杆带动所述升降机构进行升降。
优选的是，所述行走机构包括四个沿所述水槽底部圆周对称设置的行走轮，所述行走轮包括：
滚轮；
支腿，其内部设置有升降机构，能够调节支腿的高度；
连接片，其一侧与所述滚轮转动连接，另一侧连接所述支腿。
优选的是，所述清洁机构底部设置有喷水装置，所述喷水装置沿清洁装置的行走方向设置在所述行走机构的前方。
优选的是，所述喷水装置的流量为：
其中，RH为环境的相对湿度，t为环境温度，单位为℃，v为电机转速，单位为r/s，S为清洁机构的清洁面积，单位为m2，h为清洁机构距离地面的高度，单位为m，ω1为地面清洁度系数，ω2为地面粗糙度系数，T为扭矩，单位为N·m。
优选的是，其特征在于，还包括：
温度传感器，其设置在所述壳体外壁上部，用于检测环境温度；
湿度传感器，其设置在所述壳体外壁上部，所述温度传感器一侧，用于检测环境湿度；
流量计，其连接在所述喷水装置的出水口上；
扭矩传感器，其设置在所述驱动机构下部；
转速传感器，其连接所述驱动机构；
激光测距仪，其设置在所述清洁机构底部，用于测量所述清洁机构底部与地面的高度；
控制器，其连接所述温度传感器、所述湿度传感器、所述流量传感器、所述扭矩传感器、所述转速传感器以及所述激光测距仪，能够接收所述温度传感器、所述湿度传感器、所述流量传感器、所述扭矩传感器、所述转速传感器以及所述激光测距仪传递的数据，并控制所述驱动机构的扭矩和转速；
模糊PID控制器，其与所述流量传感器连接，能够对清洁装置在工作过程中水的流量变化进行补偿和修正。
一种电控工业清洁装置的控制方法，其特征在于，包括：
将清洁机构在工作过程中的水的流量的设定值Q和实际测量值Qs的偏差e、偏差变化率ec进行模糊化处理后输入到模糊PID控制器中，输出PID的比例系数Kp、比例积分Ki和微分系数Kd的增益，进行清洁装置在工作过程中水流量变化的修正控制。
10、优选的是，所述模糊PID控制器的输入偏差e的模糊论域为[-3,3]，所述偏差变化率ec的模糊论域为[-3,3]，输出PID的比例系数Kp的模糊论域为[-0.3,0.3]，比例积分系数Ki的模糊论域为[-0.06,0.06]，微分系数Kd的模糊论域为[-3,3]。
优选的是，所述偏差e和偏差变化率ec分为7个等级；所述输出PID的比例系数Kp、比例积分系数Ki和微分系数Kd分为7个等级；所述模糊PID控制器的输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。
本发明所述的有益效果：采用工业清洁装置对工业生产车间进行清理，能够大大节约人力，节省清理时间，能够在较短时间内完成大面积的工业场地清理，提高工作效率，节约投入成本，同时采用电动控制，结构简单，操作方便，适合大范围推广。
在工作过程中对出水流量进行调控，不仅节约水资源，还能够提高设备的工作精度。
附图说明
图1为本发明所述的电控工业清洁装置的主视图。
图2为本发明所述的电控工业清洁装置的左视图。
图3为本发明所述的电控工业清洁装置的俯视图。
图4为本发明所述的电控工业清洁装置的壳体和水箱结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1-4所示，本发明提供一种电控工业清洁装置，包括壳体100、升降杆110、连接架230、驱动结构310、清洁机构300、水箱400以及行走机构500。
壳体100为圆柱的中空结构，内部具有空腔，升降机构设置在壳体内部，包括沿内壁设置的第一的导轨210，第一导轨210通过固定螺钉与壳体内壁一侧固定连接，第二导轨与第一导轨210沿着壳体轴线对称设置，第二导轨设置在壳体内壁的另一侧。
第一滑块220设置在第一导轨210上，并能够沿着第一导轨210进行滑动，第二滑块设置在第二导轨上，连接件230的两端设置有连接杆，能够将第一滑块220和第二滑块连接为一整体，使设置在壳体内壁两侧的滑块同步运动。
升降杆110的一端连接在连接件230的中部，另一端连接有旋转盘，在旋转盘的圆周上设置有摇杆，同时，升降杆110的外部设置有外螺纹，能够与壳体100的顶部开设的螺纹孔相互配合，通过升降杆110的旋转，带动升降机构的升降。
驱动机构310的一端与连接件230连接，能够通过连接件230与升降机构进行连接，并通过升降杆110的旋转，带动驱动机构310进行升降。
升降杆110的一端连接有旋转盘，并在旋转盘的周圆上设置有摇杆，通过用手握住摇杆，转动旋转盘，使升降机构的升降，并驱动机构的升降，进而调整清洁机构的上升和下降，以适应不同平整度的地面。
水槽400，设置在清洁装置的下部，为圆环体结构，套设在壳体并固定在壳体100的外部，水槽400的底面与壳体底面在同一水平面上，在水槽400的底部设置有喷水装置，喷水装置沿清洁装置的行走方向设置在行走机构500的前方。
行走机构500连接在水槽的底端面上，包括四个沿水槽400底面圆周对称设置的行走轮，能够移动清洁装置，行走轮包括：支腿、滚轮和连接片，连接片一侧与滚轮转动连接，另一侧与支腿连接，支腿内部设置有升降机构，通过拧动支腿下部，能够实现支腿的上升和下降。
作为本发明的另一实施例，喷水装置出水口的流量与驱动机构的转速之间的经验公式为，
其中，RH为环境的相对湿度，t为环境温度，单位为℃，v为电机转速，单位为r/s，S为清洁机构的清洁面积，单位为m2，h为清洁机构距离地面的高度，单位为m，ω1为地面清洁度系数，ω2为地面粗糙度系数，T为扭矩，单位为N·m。
作为本发明的另一实施例，还包括温度传感器，其设置在壳体外壁上部，用于检测环境温度；湿度传感器，其设置在壳体外壁上部，温度传感器一侧，用于检测环境湿度；流量计，其连接在喷水装置的出水口上；扭矩传感器，其设置在驱动机构下部；转速传感器，其连接驱动机构；激光测距仪，其设置在清洁机构底部，用于测量清洁机构底部与地面的高度；控制器，其连接温度传感器、所湿度传感器、流量传感器、扭矩传感器、转速传感器以及激光测距仪，能够接收温度传感器、湿度传感器、流量传感器、扭矩传感器、转速传感器以及激光测距仪传递的数据，并控制驱动机构的扭矩和转速；模糊PID控制器，其与流量传感器连接，能够对清洁装置在工作过程中水的流量变化进行补偿和修正。
本发明还提供一种电控工业清洁装置的控制方法，具体包括如下：
将流量计连接在出水口，对出水流量进行调节和测量，将模糊PID控制器于流量计连接；将清洁装置在工作过程中水流量的设定值Q和实际测量值Qs的偏差e、偏差变化率ec进行模糊化处理后输入到模糊PID控制器中，输出PID的比例系数Kp、比例积分Ki和微分系数Kd的增益，进行清洁装置在工作过程中水流量变化的修正控制。
其中，模糊PID控制器的输入偏差e的模糊论域为[-3,3]，即[-3，-2，-1，0，1，2，3]，偏差变化率ec的模糊论域为[-3，-2，-1，0，1，2，3]，设定量化因子均为1，比例因子为1，输出PID的比例系数Kp的模糊论域为[-0.3,0.3]，即[-0.3，-0.2，-0.1，0，0.1，0.2，0.3]，比例积分系数Ki的模糊论域为[-0.06,0.06]，即，[-0.06，-0.04，-0.02，0，0.02，0.04，0.06]微分系数Kd的模糊论域为[-3，-2，-1，0，1，2，3]。设定量化因子均为1，比例因子为1。
为了保证控制的精度，使其在不同的环境条件下都能进行很好的控制，根据反复试验，最终将偏差e和偏差变化率ec分为7个等级，输出PID的比例系数Kp、比例积分系数Ki和微分系数Kd分为7个等级；模糊PID控制器的输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}；输入和输出的隶属度函数均采用三角形隶属函，模糊控制规则为：
1、当偏差|e|较大时，增大Kp的取值，从而使偏差快速减小，但同时产生了较大的偏差变化率，应取较小的Kd；
2、当|ec|和|e|取值处于中等时，为避免超调，适当减小Kp的取值，使Ki较小，选择适当大小的Kd；
3、当偏差|e|较小时，增大KpKi的取值，为避免出现在***稳态值附近震荡的不稳定现象，通常使当|ec|较大时，取较小的Kd；当|ec|较小时，取较大的Kd；具体的模糊控制规则详见表1-3。
表1 PID的比例系数Kp的模糊控制表
表2 PID的积分系数Ki的模糊控制表
表3 PID的微分系数Kd的模糊控制表
用模糊控制表1-3得出模糊控制器的输出，即PID的比例系数Kp、比例积分系数Ki和微分系数Kd，输出量经解模糊化得到精确值，模糊控制器的解模糊后的精确值输入PID控制器进行误差补偿控制，其控制算式为：。
输入第i个工作过程中水的流量的设定值Q和实际测量值Qs的偏差e、偏差变化率ec，输出PID的比例系数Kp、比例积分Ki和微分系数Kd的增益，并进行解模糊化，控制算式为：
经实验反复试验确定，模糊PID控制器对水流量Qs进行精确控制，使流量计进行精确控制其实际出水流量Qs，使实际出水流量Qs的偏差小于0.1％。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种电控工业清洁装置，其特征在于，包括：
壳体，其为圆柱形结构，且内部具有中空的腔体；
第一导轨，其固定连接在所述壳体内壁一侧；
第一滑块，其设置在所述第一导轨上，并在所述第一导轨上进行滑动；
第二导轨，其固定连接在所述壳体内壁的另一侧，并与所述第一导轨沿所述壳体的轴线对称设置；
第二滑块，其设置在所述第二导轨上，并在所述第二导轨上进行滑动；
连接件，其两端设置有连接杆，能够分别固定连接所述第一滑块和所述第二滑，使所述第一滑块和所述第二滑块同步运动；
驱动机构，其通过所述连接件与升降杆连接，并通过所述升降杆带动驱动机构进行升降；
水槽，其套设在所述壳体下部的外周圆上，所述水槽的底部和所述壳体的底部处于同一水平面上；
清洁机构，其一端与所述驱动机构的下端连接，且能够对需要清洁的场地进行清洁；
行走机构，其一端连接在所述水槽的底部；
其中，所述壳体、所述水槽、所述升降杆以及所述清洁机构均为同轴设置。
2.根据权利要求1所述的电控工业清洁装置，其特征在于，所述升降杆一端连接在所述连接件的中部，另一端连接有旋转盘。
3.根据权利要求2所述的电控工业清洁装置，其特征在于，所述升降杆外部设置有外螺纹，所述外螺纹能够与设置在所述壳体顶部的螺纹孔进行配合，并通过用手握住所述旋转盘上的摇杆带动所述升降机构进行升降。
4.根据权利要求3所述的电控工业清洁装置，其特征在于，所述行走机构包括四个沿所述水槽底部圆周对称设置的行走轮，所述行走轮包括：
滚轮；
支腿，其内部设置有升降机构，能够调节支腿的高度；
连接片，其一侧与所述滚轮转动连接，另一侧连接所述支腿。
5.根据权利要求4所述的电控工业清洁装置，其特征在于，所述水槽底部设置有喷水装置，所述喷水装置沿清洁装置的行走方向设置在所述行走机构的前方。
6.根据权利要求5所述的电控工业清洁装置，其特征在于，所述喷水装置的流量为：
其中，RH为环境的相对湿度，t为环境温度，单位为℃，v为电机转速，单位为r/s，S为清洁机构的清洁面积，单位为m2，h为清洁机构距离地面的高度，单位为m，ω1为地面清洁度系数，ω2为地面粗糙度系数，T为扭矩，单位为N·m。
7.根据权利要求6所述的电控工业清洁装置，其特征在于，还包括：
温度传感器，其设置在所述壳体外壁上部，用于检测环境温度；
湿度传感器，其设置在所述壳体外壁上部，所述温度传感器一侧，用于检测环境湿度；
流量计，其连接在所述喷水装置的出水口上；
扭矩传感器，其设置在所述驱动机构下部；
转速传感器，其连接所述驱动机构；
激光测距仪，其设置在所述清洁机构底部，用于测量所述清洁机构底部与地面的高度；
控制器，其连接所述温度传感器、所述湿度传感器、所述流量传感器、所述扭矩传感器、所述转速传感器以及所述激光测距仪，能够接收所述温度传感器、所述湿度传感器、所述流量传感器、所述扭矩传感器、所述转速传感器以及所述激光测距仪传递的数据，并控制所述驱动机构的扭矩和转速；
模糊PID控制器，其与所述流量计连接，能够对清洁装置在工作过程中水的流量变化进行补偿和修正。
8.一种电控工业清洁装置的控制方法，其特征在于，包括：
将清洁机构在工作过程中的水的流量的设定值Q和实际测量值Qs的偏差e、偏差变化率ec进行模糊化处理后输入到模糊PID控制器中，输出PID的比例系数Kp、比例积分Ki和微分系数Kd的增益，进行清洁装置在工作过程中水流量变化的修正控制。
9.根据权利要求8所述的电控工业清洁装置的控制方法，其特征在于，所述模糊PID控制器的输入偏差e的模糊论域为[-3,3]，所述偏差变化率ec的模糊论域为[-3,3]，输出PID的比例系数Kp的模糊论域为[-0.3,0.3]，比例积分系数Ki的模糊论域为[-0.06,0.06]，微分系数Kd的模糊论域为[-3,3]。
10.根据权利要求9所述的电控工业清洁装置的控制方法，其特征在于，所述偏差e和偏差变化率ec分为7个等级；所述输出PID的比例系数Kp、比例积分系数Ki和微分系数Kd分为7个等级；所述模糊PID控制器的输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。
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刘大伟;李威;黄银川;闫磊鹏;: "路面冷再生机智能喷洒***设计", 工程机械, vol. 1, no. 02, pages 387 - 389 *

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