一種基于虛擬儀器技術的無線式柔性臂振動控制系統技術方案

本發明專利技術公開了一種基于虛擬儀器技術的無線式柔性臂振動控制系統，采用SRWF-1021-50無線模塊進行無線通信。由壓電雙桿柔性臂、現場振動控制端以及主控制端三大部分組成，其中AT89S52單片機控制步進電機運動，采用電磁線圈作為傳感器檢測振動信號，壓電元件為作動器，并利用SRWF-1021-50無線模塊實現振動控制端與主控制端之間信號的無線傳輸。解決了利用有線所帶來的操作不便，同時提高了系統的安全性。無線式振動控制系統的研究具有很高的實用性，對實現遙控遙測也具有重要的意義。

A wireless flexible arm vibration control system based on Virtual Instrument Technology

The invention discloses a wireless flexible arm vibration control system based on virtual instrument technology, which adopts the SRWF-1021-50 wireless module to carry out wireless communication. The piezoelectric flexible two link arm, vibration control terminal and main control terminal consists of three parts, including AT89S52 microcontroller to control the stepper motor, the electromagnetic coil as the sensor to detect vibration signal, the piezoelectric element as the actuator, and the use of SRWF-1021-50 wireless module for wireless signal transmission between the vibration control terminal and main control terminal the. The utility model solves the inconvenience caused by the wired operation and improves the security of the system. The research of wireless vibration control system is very practical, and it is also important for remote control and telemetry.

【技術實現步驟摘要】
一種基于虛擬儀器技術的無線式柔性臂振動控制系統
本專利技術涉及一種基于虛擬儀器技術的無線式柔性臂振動控制系統，適用于機械領域。
技術介紹
隨著現代科學技術和社會經濟的迅猛發展，柔性臂因具有工作效率高、能量消耗低、載荷質量比大等優點，廣泛應用于機械加工、精密測量、航空航天等領域。但柔性臂容易發生彈性振動，且持續時間較長，使得柔性臂難以精確定位，降低了工作效率，從而影響了機器的正常使用。目前所采用的振動控制手段一般是使用電機和智能材料同時控制柔性臂運動。智能材料的應用也是近年來柔性臂研究的熱點，在這些研究中往往將智能材料用于抑制柔性臂彈性振動。BAILEY等將壓電薄膜粘貼于梁上作為分布作動器，將懸臂梁自由端的角速度作為反饋變量對梁進行了振動控制。孫東昌等采用將分布壓電傳感器和作動器分割成若干相互獨立的單元的方法，來設計壓電模態傳感器和壓電模態作動器，進行柔性臂的振動控制。然而傳統的振動控制系統線路復雜、安裝繁瑣，不適合于遠程控制。它一般采用有線的方法，在多點、多參數、遠距離檢測與控制中，需要布設和編排的電纜線較多，占用大量的時間和人力物力，而且極易造成人為的錯誤。一旦出現問題，在復雜的電纜線中查找錯誤，也是十分困難的。隨著無線通信技術和無線傳感器網絡技術的飛速發展，出現了ZigBee，WiFi，UWB等無線通信技術，這為采集振動信息提供了全新的手段。周富民等利用無線傳感網絡將采集到的軌道振動信息傳送至控制器，從而可將以前無法直接獲得的軌道狀態用于懸浮控制，這種方法對于認清車輛與軌道的禍合振動本質，具有積極意義。SUN等對無線技術用于柔性臂振動控制做了初步研究，提出用無線傳感遠程控制柔性臂的振動，用激光多普勒測振儀來測量振動速度，形成了一個無線閉環振動控制。
技術實現思路
本專利技術提出了一種基于虛擬儀器技術的無線式柔性臂振動控制系統，由壓電雙桿柔性臂、現場振動控制端以及主控制端三大部分組成，其中AT89S52單片機控制步進電機運動，采用電磁線圈作為傳感器檢測振動信號，壓電元件為作動器，并利用SRWF-1021-50無線模塊實現振動控制端與主控制端之間信號的無線傳輸。本專利技術所采用的技術方案是：所述控制系統現場控制端包括步進電機的驅動，振動信號的采集和A/D,D/A轉換，壓電驅動器等；主控制端采用LabVIEW軟件編程，主要完成振動數據的接收、處理和發送；一對無線數傳模塊用于兩控制端信號的傳輸，實現了無線振動控制。所述控制系統采用SRWF-1021-50無線模塊進行無線通信。SRWF-1021-50型微功率無線數傳模塊是采用高效FEC前向糾錯技術結合高性能的無線射頻ICCC1020，以及高速微處理器相結合開發出的一款無線通信模塊，具有很強的抗干擾能力，全透明傳輸。SRWF-1021-50型微功率無線數傳模塊提供標準RS232,RS485和UART(TTL電平)3種接口方式，可與計算機、用戶的RS485設備、單片機或其他UART器件直接連接使用，而并不需要進行外部編程，使用起來較為方便。SRWF-1021-50的右下角有一組5位的短路跳線(Jl)，分別定義為A,B,C,D,E。其中A,B,C是用來進行通道0~7的選擇；D是接口方式的選擇，如果使用TTL接口方式，D不插短路器；E位是用來選擇校驗方式，E插短路器表示一位校驗，否則就不帶校驗位。當無線模塊往空中發送數據時，RX燈(紅燈)會閃(RS232/RS485模式時不閃)；當模塊接收到空中的數據時，TX燈(綠燈)會閃爍。所述現場控制端采用單片機鍵盤控制柔性臂的運動，同時壓電傳感器采集振動信號經過A/D轉換將模擬信號轉換為數字信號，數字信號通過無線數傳模塊發送至主控制端。無線模塊與單片機連線中，SRWF-1021-50的RX與單片機TX相連，TX與RX相連，實現了單片機與無線模塊的通信。主控制端對接收到的信號進行預處理，編輯控制算法得到一個控制信號，再將其通過無線模塊發送至現場控制端，啟動D/A轉換，驅動壓電作動器工作，實現柔性臂的振動控制。所述控制系統軟件采用LabVIEW軟件進行編制，LabVIEW是一種功能很強大的軟件，是一種圖形編程語言，其編程過程就是通過圖形符號描述程序的運行。LabVIEW集成了與滿足CPIB,VXI,RS232和RS485協議的硬件及數據采集卡通信的全部功能。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都更加形象化。在現代機械工業和機械工程中，振動測試、信號處理以及分析是十分重要的環節。但是在機械振動測試中，所需的測試儀器繁多復雜，導致測試工作需要大量的人力、物力。隨著計算機和軟件技術的發展，虛擬儀器正在逐漸成為測試領域的發展方向，采用虛擬儀器實現振動測試與分析也成為振動測試的發展趨勢。采用虛擬儀器技術實現柔性臂的振動控制。本專利技術的有益效果是：該系統將虛擬儀器技術和無線傳輸技術應用于振動控制中，旨在改善振動傳感器檢測振動信號與振動控制信號的傳輸方式，解決了利用有線所帶來的操作不便，同時提高了系統的安全性。無線式振動控制系統的研究具有很高的實用性，對實現遙控遙測也具有重要的意義。附圖說明圖1是本專利技術的總體設計方案圖。圖2是本專利技術的無線模塊與單片機連線圖。圖3是本專利技術的總體流程圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術作進一步說明。如圖1，控制系統現場控制端包括步進電機的驅動，振動信號的采集和A/D,D/A轉換，壓電驅動器等；主控制端采用LabVIEW軟件編程，主要完成振動數據的接收、處理和發送；一對無線數傳模塊用于兩控制端信號的傳輸，實現了無線振動控制。系統工作原理是：以雙桿壓電柔性臂為控制對象，采用壓電陶瓷和步進電機雙重驅動，其中步進電機控制柔性臂的剛性運動，壓電作動器控制柔性臂的彈性振動。首先，由單片機鍵盤控制步進電機的運動，接著主控制端向數據采集系統發送“采集”命令，來啟動振動數據的采集。壓電傳感器將采集到的振動信號經過電荷放大轉化為電壓信號，然后通過A/D轉換將模擬信號轉化為數字信號。數字信號由無線數傳模塊發送至主控制端進行處理，得出一個控制信號經過無線模塊傳輸至現場控制端，啟動D/A轉換，將其轉換為模擬信號用于驅動壓電作動器工作，從而實現對柔性機械臂振動的主動控制。如圖2，控制系統采用SRWF-1021-50無線模塊進行無線通信。SRWF-1021-50型微功率無線數傳模塊是采用高效FEC前向糾錯技術結合高性能的無線射頻ICCC1020，以及高速微處理器相結合開發出的一款無線通信模塊，具有很強的抗干擾能力，全透明傳輸。SRWF-1021-50型微功率無線數傳模塊提供標準RS232,RS485和UART(TTL電平)3種接口方式，可與計算機、用戶的RS485設備、單片機或其他UART器件直接連接使用，而并不需要進行外部編程，使用起來較為方便。SRWF-1021-50的右下角有一組5位的短路跳線(Jl)，分別定義為A,B,C,D,E。其中A,B,C是用來進行通道0~7的選擇；D是接口方式的選擇，如果使用TTL接口方式，D不插短路器；E位是用來選擇校驗方式，E插短路器表示一位校驗，否則就不帶校驗位。當無線模塊往空中發送數據時，RX燈(紅燈)會閃(RS232/RS485模式時不閃)；當模塊接收到空中的數據時本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于虛擬儀器技術的無線式柔性臂振動控制系統，其特征是：所述控制系統現場控制端包括步進電機的驅動，振動信號的采集和A/D,D/A轉換，壓電驅動器等；主控制端采用LabVIEW軟件編程，主要完成振動數據的接收、處理和發送；一對無線數傳模塊用于兩控制端信號的傳輸，實現了無線振動控制。

【技術特征摘要】
1.一種基于虛擬儀器技術的無線式柔性臂振動控制系統，其特征是：所述控制系統現場控制端包括步進電機的驅動，振動信號的采集和A/D,D/A轉換，壓電驅動器等；主控制端采用LabVIEW軟件編程，主要完成振動數據的接收、處理和發送；一對無線數傳模塊用于兩控制端信號的傳輸，實現了無線振動控制。2.根據權利要求1所述的一種基于虛擬儀器技術的無線式柔性臂振動控制系統，其特征是：所述控制系統采用SRWF-1021-50無線模塊進行無線通信，SRWF-1021-50型微功率無線數傳模塊是采用高效FEC前向糾錯技術結合高性能的無線射頻ICCC1020，以...

【專利技術屬性】
技術研發人員：范洪國，
申請(專利權)人：范洪國，
類型：發明
國別省市：遼寧,21