旋光儀專家自適應控制系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了旋光儀專家自適應控制系統，它包括光源傳感器、信號調理電路、自適應控制模塊、具有專家算法的控制器、電機驅動器、電機和蝸輪蝸桿，LED發光二極管經調制后將光信號轉變成電信號，經光源傳感器接收電信號；信號調理電路對光源傳感器輸出的電信號進行放大、濾波及整流處理；自適應控制模塊將實時信號與閾值的偏差進行放大，放大后的信號用于高壓電路，調節高壓的大小；具有專家算法的控制器對整流后輸出的波形進行采樣，并通過控制器驅動電機驅動器，控制電機上的蝸輪蝸桿與外部機械部分進行耦合傳動。將原有電機替換為三相交流伺服電機，并配套相應的驅動、專家自適應控制算法，使得儀器測量噪聲大大減少，通過專家自適應控制系統，提升了原有儀器的測量速度，提高了儀器的精度。
【專利說明】
旋光儀專家自適應控制系統
技術領域
[0001]本發明涉及一種旋光儀儀器，尤其涉及一種旋光儀專家自適應控制系統。
【背景技術】
[0002]傳統旋光儀廣泛地采用單相雙容異步電機，型號為ND-F-09，傳感器輸出的50Hz交流信號經過濾波、放大之后控制上述電機的激磁信號，從而間接控制電機的轉速。這種控制方法的缺點在于:電機運行過程中，噪聲大、運轉不平穩，電機長時間運行會導致系統發熱嚴重，影響儀器壽命，且發熱對測量精度的影響較大。傳統旋光儀采用模擬電路驅動電機的方法，存在對信號質量要求極高的缺點，系統對機械阻尼、電機安裝位置有著極高的要求，給調試帶來了不便。
[0003]旋光儀儀器除了應滿足相應的指標性能之外，還應具備用戶可操作性好，環境污染小等特點。
[0004]因此，需要提供一種新的技術方案來解決上述問題。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是提供一種旋光儀專家自適應控制系統。為旋光儀提供一種具有專家自適應算法控制的三相交流伺服電機及配套驅動器、控制器，以解決傳統旋光儀采用ND-F-09電機帶來的儀器精度低、發熱、故障率高及調試困難等缺點。
[0006]為解決上述技術問題，本發明提供旋光儀專家自適應控制系統，它包括光源傳感器、信號調理電路、自適應控制模塊、具有專家算法的控制器、電機驅動器、電機和蝸輪蝸桿，LED發光二極管經過調制后，將光信號轉變成電信號，經光源傳感器接收電信號;信號調理電路對光源傳感器輸出的電信號進行放大、濾波及整流處理；自適應控制模塊將實時信號與閾值的偏差進行放大，放大后的信號用于高壓電路，自動調節高壓的大小;具有專家算法的控制器對信號調理電路整流后輸出的波形進行采樣處理，并依據預先存儲專家庫的控制器驅動電機驅動器，電機驅動器的輸出控制電機，控制電機的轉子軸上帶有蝸輪蝸桿，蝸輪蝸桿與外部機械部分進行耦合傳動。
[0007]在上述技術方案中，所述信號調理電路包括放大電路、濾波電路和整流電路，所述放大電路采用雙運算放大器對光源傳感器的輸出信號進行放大，所述濾波電路采用型無源濾波網絡對放大后的信號進行去噪處理，所述整流電路采用運算放大器對去噪后的信號進行整流，供后續專家算法進行采樣。
[0008]在上述技術方案中，所述自適應控制模塊包括由雙運算放大器件構成的放大電路、閾值調節電路和高壓電路，所述放大電路的反相輸入端與閾值調節電路連接，所述放大電路的輸出端與高壓電路連接，所述放大電路的反相輸入端與輸出端之間連接一電阻。
[0009]在上述技術方案中，所述電機包括電機定子外殼、固定端蓋和轉子，所述轉子端部螺紋連接活套，所述電機定子外殼上引出電機UVW三相動力線，所述電機定子外殼的前端部加裝固定端蓋，所述固定端蓋底部開有螺紋孔，該螺紋孔用于與儀器基座固定，所述電機定子外殼的后端部加裝編碼器。采用了編碼器，且將其安裝在電機尾部，能減小體積及增強穩定性。
[0010]所述固定端蓋與電機定子外殼為分離式結構，固定端蓋上開有與電機定子外殼連接的端蓋固定孔。這種可拆分的固定端蓋，提高了安裝的靈活性。
[0011 ]也可將固定端蓋與電機定子外殼設計為一體式結構。
[0012]在上述技術方案中，所述控制器包括第一控制器電路板、第二控制器電路板、電機驅動器和鏈接銅柱，此控制器具有快速控制電機運轉狀態的能力。
[0013]所述第一控制器電路板和第二控制器電路板之間以及第二控制器電路板和電機驅動器之間通過鏈接銅柱連接，所述電機驅動器上設有電機三相動力線接口和編碼器接口，所述電機UVW三相動力線連接至電機三相動力線接口，所述編碼器連接至編碼器接口。此驅動器具有模塊化的對外電氣接口，接線方便、系統更加安全。
[0014]所述第一控制器電路板采用DSP2406芯片，所述第二控制器電路板采用CPLD芯片，智能控制電機的運動狀態。這兩種芯片，使得系統的運算速度加快，儀器測量時間縮短。
[0015]所述DSP2406芯片帶有設計的專家自適應控制算法，使得儀器測量結果更加準確。
【附圖說明】
[0016]圖1a為本發明電機的主視圖。
[0017]圖1b為本發明電機的左視圖。
[0018]圖1c為本發明電機的右視圖。
[0019]圖2為本發明的控制器結構示意圖。
[0020]圖3為本發明的原理圖。
[0021 ]圖4為本發明信號調理電路的電路圖。
[0022]圖5為本發明自適應控制模塊的電路圖。
[0023]其中:1、電機UVW三相動力線，2、編碼器，3、固定端蓋，4、活套，5、電機定子外殼，6、端蓋固定孔，7、轉子，8、螺紋孔；
I1、控制器電路板，12、控制器電路板，13、電機驅動器，14、電機三相動力線接口，15、編碼器接口，16、鏈接銅柱；
II1、光源傳感器，112、信號調理電路，1121、放大電路，1122、濾波電路，1123、整流電路，113、自適應控制模塊，1131、閾值調節電路，1132、放大電路，1133、高壓電路，114、控制器，115、電機驅動器，116、電機，117、蝸輪蝸桿。
【具體實施方式】
[0024]為了加深對本發明的理解，下面將結合實施例和附圖對本發明作進一步詳述，該實施例僅用于解釋本發明，并不構成對本發明的保護范圍的限定。
[0025]為了保證旋光儀系統的穩定性，本發明提供旋光儀專家自適應控制系統，圖3所示，該系統包括光源傳感器111、信號調理電路112、自適應控制模塊113、具有專家算法的控制器114、電機驅動器115、電機116和蝸輪蝸桿117，LED發光二極管經過調制后，將光信號轉變成電信號，經光源傳感器111接收電信號;信號調理電路112對光源傳感器111輸出的電信號進行放大、濾波及整流處理；自適應控制模塊113依據輸出的電信號與閾值的關系調節放大系數;具有專家算法的控制器114對信號調理電路112整流后輸出的波形進行采樣處理，并依據預先存儲專家庫的控制器114驅動電機驅動器115，電機驅動器115的輸出控制電機116，控制電機116的轉子軸上帶有蝸輪蝸桿117，便于與外部機械部分進行耦合傳動。
[0026]該系統采用LED發光二極管作為光源，經過調制后經光源傳感器111進行接收(其中光源傳感器選用濱松公司生產的光電倍增管)，信號調理電路112對光源傳感器111輸出的電信號進行放大、濾波及整流處理，其中放大電路1121采用雙運算放大器LM358對光源傳感器111的輸出信號進行放大，濾波電路1122采用型無源濾波網絡對放大后的信號進行去噪處理，考慮到信號較弱的情況，本信號調理電路112還采用由運算放大器LF353構成的精密整流電路1123對去噪后的信號進行整流，供后續專家算法進行采樣，信號調理電路的原理圖如圖4所示。
[0027]自適應控制模塊113采用由雙運算放大器件LM358P構成的放大電路1132、閾值調節電路1131和高壓電路1133，放大電路1132的反相輸入端與閾值調節電路1131連接，放大電路1132的輸出端與高壓電路1133連接，放大電路1132的反相輸入端與輸出端之間連接一電阻。該電路將實時信號與閾值的偏差進行放大，放大后的信號用于高壓電路，自動調節高壓的大小，如圖5所示。
[0028]具有專家算法的控制器114主要指控制芯片DSP2406，該芯片對信號調理電路112整流后輸出的波形進行采樣處理，并依據預先存儲的專家庫驅動電機驅動器115，電機驅動器115采用IGBT開關組成，電機驅動器115的輸出控制電機116，控制電機116的轉子軸上帶有蝸輪蝸桿117，便于與外部機械部分進行耦合傳動。
[0029]需要指出的是，自適應控制算法在芯片DSP2406中實現。
[0030]圖la、圖lb、圖1c，電機包括電機定子外殼5、固定端蓋3和轉子7，轉子7端部螺紋連接活套4，電機定子外殼5上引出電機UVW三相動力線I。
[0031]為了使電機與旋光儀連接緊密，采用電機定子外殼5的前端部加裝固定端蓋的方式，固定端蓋3底部開有螺紋孔8，經螺紋孔8與儀器基座固定，電機定子外殼5的后端部安裝編碼器2。
[0032]該電機為三相交流伺服電機，其外形尺寸不固定。減小了原有電機占用的空間，同時節省了電機制造成本。
[0033]固定端蓋3與電機定子外殼5，可以設計成可分離式，即固定端蓋3上開有與電機定子外殼5連接的端蓋固定孔6 ；也可設計為一體式，固定端蓋3與電機定子外殼5為一體式結構。本文并不限定其連接方式。
[0034]圖2所示，為了使得系統結構更加緊湊，保證系統的穩定性，采用模塊化設計。控制器包括第一控制器電路板11、第二控制器電路板12、電機驅動器13和鏈接銅柱16，第一控制器電路板11和第二控制器電路板12之間以及第二控制器電路板12和電機驅動器13之間通過鏈接銅柱16連接，電機驅動器13上設有電機三相動力線接口 14和編碼器接口 15。
[0035]為了減小干擾、降低電機發熱對系統帶來的不確定性因素，采用導線連接電機、編碼器與控制器。圖1所示，電機UVW三相動力線I連接至圖2中的電機三相動力線接口 14，圖1中的編碼器2連接至圖2中的編碼器接口 15。
[0036]為了縮短儀器測量時間，提高旋光儀對系統的干擾適應性，保證測量精度，本發明采用自適應控制算法。圖2中，第一控制器電路板11采用DSP2406芯片，第二控制器電路板12采用CPLD芯片，DSP2406芯片帶有設計的專家自適應控制算法，智能控制電機的運動狀態。
[0037]本發明所采用的專家自適應控制算法可以實現電機快速啟停、正反轉及降速。
[0038]將原有ND-F-09電機替換為專門設計的三相交流伺服電機，并配套相應的驅動、專家自適應控制算法，使得儀器測量噪聲大大減少，同時極大地簡化了儀器出廠前的校準等工作，通過設計專家自適應控制系統，提升了原有儀器的測量速度，節省了儀器的測量時間。
[0039]本發明應用于數字式全自動旋光儀上，旋光儀廣泛地應用于制藥、食品、化工等領域。在制藥等特殊領域，需要對藥物濃度(旋光度)進行十分精確的測量，本發明為此提供了一種精準測量系統，具有儀器安裝調試方便，噪聲小，精度高(可達國內最高水平)，儀器使用壽命長等優點。
【主權項】
1.旋光儀專家自適應控制系統，其特征在于:它包括光源傳感器、信號調理電路、自適應控制模塊、具有專家算法的控制器、電機驅動器、電機和蝸輪蝸桿，LED發光二極管經過調制后，將光信號轉變成電信號，經光源傳感器接收電信號;信號調理電路對光源傳感器輸出的電信號進行放大、濾波及整流處理；自適應控制模塊將實時信號與閾值的偏差進行放大，放大后的信號用于高壓電路，自動調節高壓的大小；具有專家算法的控制器對信號調理電路整流后輸出的波形進行采樣處理，并依據預先存儲專家庫的控制器驅動電機驅動器，電機驅動器的輸出控制電機，控制電機的轉子軸上帶有蝸輪蝸桿，蝸輪蝸桿與外部機械部分進行耦合傳動。2.根據權利要求1所述的旋光儀專家自適應控制系統，其特征在于:所述信號調理電路包括放大電路、濾波電路和整流電路，所述放大電路采用雙運算放大器對光源傳感器的輸出信號進行放大，所述濾波電路采用型無源濾波網絡對放大后的信號進行去噪處理，所述整流電路采用運算放大器對去噪后的信號進行整流，供后續專家算法進行采樣。3.根據權利要求1所述的旋光儀專家自適應控制系統，其特征在于:所述自適應控制模塊包括由雙運算放大器件構成的放大電路、閾值調節電路和高壓電路，所述放大電路的反相輸入端與閾值調節電路連接，所述放大電路的輸出端與高壓電路連接，所述放大電路的反相輸入端與輸出端之間連接一電阻。4.根據權利要求1所述的旋光儀專家自適應控制系統，其特征在于:所述電機包括電機定子外殼、固定端蓋和轉子，所述轉子端部螺紋連接活套，所述電機定子外殼上引出電機UVW三相動力線，所述電機定子外殼的前端部加裝固定端蓋，所述固定端蓋底部開有螺紋孔，該螺紋孔用于與儀器基座固定，所述電機定子外殼的后端部加裝編碼器。5.根據權利要求4所述的旋光儀專家自適應控制系統，其特征在于:所述固定端蓋與電機定子外殼為分離式結構，所述固定端蓋上開有與電機定子外殼連接的端蓋固定孔。6.根據權利要求4所述的旋光儀專家自適應控制系統，其特征在于:所述固定端蓋與電機定子外殼一體式結構。7.根據權利要求1所述的旋光儀專家自適應控制系統，其特征在于:所述控制器包括第一控制器電路板、第二控制器電路板、電機驅動器和鏈接銅柱，所述第一控制器電路板和第二控制器電路板之間以及第二控制器電路板和電機驅動器之間通過鏈接銅柱連接，所述電機驅動器上設有電機三相動力線接口和編碼器接口，所述電機UVW三相動力線連接至電機三相動力線接口，所述編碼器連接至編碼器接口。8.根據權利要求7所述的旋光儀專家自適應控制系統，其特征在于:所述第一控制器電路板采用DSP2406芯片，所述第二控制器電路板采用CPLD芯片，所述DSP2406芯片帶有設計的專家自適應控制算法，智能控制電機的運動狀態。
【文檔編號】G01N35/00GK106018279SQ201610541897
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月12日
【發明人】潘月斗, 范本祥, 郭凱
【申請人】海門御祥數控科技有限公司