CN102700965A - 一种基于单一动力缓存机构的控制方法和控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单一动力缓存机构的控制方法，单一动力缓存机构包括主动卷筒、驱动电机、被动卷筒和卷带，主动卷筒设置于驱动电机上，主动卷筒和被动卷筒通过卷带相连，包括步骤：1）在驱动电机需要停机时，测出主动卷筒的转动惯量I₁、主动卷筒的半径R、被动卷筒的半径r和被动卷筒的转动惯量I₂；2）控制驱动电机的制动力矩M₁≤I₁*r*M₂/(I₂*R)，其中，M₂为被动卷筒的扭力矩。本发明将驱动电机的制动力矩M₁控制在小于或等于I₁*r*M₂/(I₂*R)时，可以确保主动卷筒与被动卷筒在减速过程中一直保持相同的运行状态至完全静止，转动距离相等，卷带绷直。本发明还公开了一种基于单一动力缓存机构的控制系统。

Description

一种基于单一动力缓存机构的控制方法和控制系统

技术领域

本发明涉及介质缓存机构技术领域，更具体地说，涉及一种基于单一动力缓存机构的控制方法和控制系统。

背景技术

现有的介质缓存机构主要采用双动力或单动力驱动方式，特别是单动力驱动方式，一般由一个主动卷筒和两个被动卷筒组成，或者由一个主动卷筒和一个被动卷筒组成。

如图1所示，以一个主动卷筒11和两个被动卷筒为例，现有的介质缓存机构在其侧板9上固定安装有一驱动电机10，侧板9上通过第二单向轴承15转动安装有第一转轴13和第二转轴12。驱动电机10安装于侧板9的b侧（为了便于描述和区分，将侧板9的两侧定义为a侧和b侧），驱动电机轴在侧板9的a侧和b侧都设置有伸出部分。主动卷筒11套在驱动电机10外侧并固定安装在驱动电机转动轴的一端上；在侧板9的a侧，驱动电机转动轴的另一端上固定安装有一第三同步带轮1，驱动电机10转动时可直接带动主动卷筒11和第三同步带轮1转动。

第一转轴13和第二转轴12通过第一单向轴承6分别转动安装有第一同步带轮5和第二同步带轮7。三个同步带轮通过同步带3相连，使之转动步速和转向一致，第一单向轴承6和第二单向轴承15的作用力方向相反。

第一转轴13和第二转轴12上通过扭力限制器14分别转动安装有第一被动卷筒4和第二被动卷筒8，在扭力限制器14作用下，被动卷筒与其对应的转轴有相对转动或者是相对转动的趋势时，会存在有不大于扭力限制器14设定值的扭力，此扭力可阻止被动卷筒转动或带动被动卷筒转动。两个被动卷筒分别绕叠装配有一适当长度的卷带2，卷带2的另一头都设置在主动卷筒11上。

进钞时，驱动电机10驱动第三同步带轮1和主动卷筒11正向转动时，第一单向轴承6空转滑动，第一同步带轮5和第二同步带轮7对第一转轴13和第二转轴12不产生作用，第二单向轴承15堵转，第一转轴13和第二转轴12通过扭力限制器14产生阻止第一被动卷筒4和第二被动卷筒8转动的扭力，主动卷筒11通过卷带2拉动第一被动卷筒4和第二被动卷筒8克服扭力限制器14扭力作正向转动，此时主动卷筒11，卷带2以及被动卷筒的线速度保持一致。

通常，出钞时主动卷筒11上必定绕有卷带2，驱动电机10驱动第三同步带轮1和主动卷筒11反向转动时，此时主动卷筒11释放出卷带2，第三同步带轮1以大传动比带动第一同步带轮5和第二同步带轮7反向转动，第二单向轴承15空转，侧板9对第一转轴13和第二转轴12不产生作用，第一单向轴承6堵转，第一同步带轮5和第二同步带轮7对第一转轴13和第二转轴12产生作用，带动第一转轴13和第二转轴12作反向转动，第一转轴13和第二转轴12通过扭力限制器14以相对第一被动卷筒4和第二被动卷筒8滑动时产生恒定扭力的方式带动第一被动卷筒4和第二被动卷筒8作反向转动，第一被动卷筒4和第二被动卷筒8反向转动收紧主动卷筒11释放出的卷带2。此时主动卷筒11，卷带2以及被动卷筒的线速度保持一致。

在上述机构的控制原理中，进钞时，一旦驱动电机10快速停止转动，主动卷筒11将受驱动电机10制动力矩作用，快速减速停止；被动卷筒因为受到扭力限制器14提供的与运动方向相反的扭力，减速转动至停止，在主动卷筒11停止的时间内，被动卷筒转动距离大于主动卷筒11转动距离，造成卷带10不能绷直，而影响下一次进钞。

如何保证在进钞时，驱动电机停止转动后，卷带仍能处于绷直状态，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于单一动力缓存机构的控制方法和控制系统，以保证在进钞时，驱动电机停止转动后，卷带仍能处于绷直状态。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于单一动力缓存机构的控制方法，所述单一动力缓存机构包括主动卷筒、驱动电机、被动卷筒和卷带，所述主动卷筒设置于所述驱动电机上，所述主动卷筒和所述被动卷筒通过所述卷带相连，包括步骤：

1）在所述驱动电机需要停机时，测出所述主动卷筒的转动惯量I₁、主动卷筒的半径R、被动卷筒的半径r和被动卷筒的转动惯量I₂；

2）控制所述驱动电机的制动力矩M₁≤I₁*r*M₂/(I₂*R)，其中，M₂为被动卷筒的扭力矩。

优选地，上述基于单一动力缓存机构的控制方法中，所述步骤1）具体为：在所述驱动电机的停机指令发出后，实时检测所述主动卷筒的半径R，以及所述被动卷筒的半径r，并分别计算出主动卷筒的转动惯量I₁和被动卷筒的转动惯量I₂。

一种基于单一动力缓存机构的控制系统，所述单一动力缓存机构包括主动卷筒、驱动电机、被动卷筒和卷带，所述主动卷筒设置于所述驱动电机上，所述主动卷筒和所述被动卷筒通过所述卷带相连，包括：

在所述驱动电机需要停机时，测出所述主动卷筒的转动惯量I₁、主动卷筒的半径R、被动卷筒的半径r和被动卷筒的转动惯量I₂的处理装置；

控制所述驱动电机的制动力矩M₁≤I₁*r*M₂/(I₂*R)的控制器，其中，M₂为被动卷筒的扭力矩。

优选地，在上述基于单一动力缓存机构的控制系统中，所述处理装置包括：

实时检测所述主动卷筒的半径R所述被动卷筒的半径r的半径检测装置；

根据测得的所述主动卷筒的质量m₁和所述主动卷筒的半径R输出主动卷筒的转动惯量I₁，根据测得的所述被动卷筒的质量m₂和所述被动卷筒的半径r输出被动卷筒的转动惯量I₂的处理单元。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的基于单一动力缓存机构的控制方法，通过提高主动卷筒的转动距离以及运转时间，继而使得主动卷筒的停止运转距离等于被动卷筒的运转距离，来达到卷带绷紧的目的。本发明将驱动电机的制动力矩M₁控制在小于或等于I₁*r*M₂/(I₂*R)时，可以确保主动卷筒与被动卷筒在减速过程中一直保持相同的运行状态至完全静止，转动距离相等，卷带绷直。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为单一动力缓存机构的主视图；

图2为单一动力缓存机构的俯视图；

图3为本发明实施例提供的基于单一动力缓存机构的控制方法的流程图。

具体实施方式

本发明公开了一种基于单一动力缓存机构的控制方法和控制系统，以保证在进钞时，驱动电机停止转动后，卷带仍能处于绷直状态。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图3，图3为本发明实施例提供的基于单一动力缓存机构的控制方法的流程图。

单一动力缓存机构为与背景技术中公开的缓存机构相同，包括主动卷筒、驱动电机、被动卷筒和卷带，主动卷筒设置于驱动电机上，主动卷筒和被动卷筒通过卷带相连。

本发明实施例提供的基于单一动力缓存机构的控制方法，包括：

步骤S101：检测相关参数；

在驱动电机需要停机时，测出主动卷筒的转动惯量I₁、主动卷筒的半径R、被动卷筒的半径r和被动卷筒的转动惯量I₂。

步骤S102：控制电机制动力矩；

控制驱动电机的制动力矩M₁≤I₁*r*M₂/(I₂*R)，其中，M₂为被动卷筒的扭力矩，被动卷筒的扭力M₂通过矩扭力限制器提供，在被动卷筒的矩扭力限制器确定后，那么M₂便是一个定值。

由于主动卷筒的转动惯量I₁与主动卷筒的质量和半径有关；被动卷筒的转动惯量I₂与被动卷筒的质量和半径有关，并且主动卷筒的质量和被动卷筒的质量是定值，因此只要测出主动卷筒的半径R和被动卷筒的半径r，便可得到主动卷筒的转动惯量I₁和被动卷筒的转动惯量I₂。

因此，步骤S101具体为：

在驱动电机的停机指令发出后，实时检测主动卷筒的半径R，以及被动卷筒的半径r，并分别计算出主动卷筒的转动惯量I₁和被动卷筒的转动惯量I₂。

下面介绍M₁≤I₁*r*M₂/(I₂*R)的推导过程，以及本发明的核心思路。

在驱动电机停止的时间内，我们定义主动卷筒的转动距离为L₁,被动卷筒的转动距离为L₂,驱动电机停止时间为t₁,被动卷筒停止时间为t₂,卷带运行速度为v，主动卷筒的转动惯量为驱动电机的制动力矩为M₁，被动卷筒的转动惯量为

扭力限制器提供给被动卷筒的扭力矩为M₂。主动卷筒的半径为R,被动卷筒的半径为r，主动卷筒停止运行时初始角速度为ω₁，停止过程中角加速度为△ω₁，被动卷筒停止运行时初始角速度为ω₂，停止过程中角加速度为△ω₂，所以可以得出：

ω₁=v/R                   ①；

ω₂=v/r                   ②；

主动卷筒减速停止的角加速度为：

△ω₁=M₁/I₁               ③；

被动卷筒减速停止的角加速度为：

△ω₂=M₂/I₂               ④；

由公式①，②，③，④，可以推导出

主动卷筒停止时间为

t₁=ω₁/△ω₁=v*I₁/(R*M₁)    ⑤；

被动卷筒停止时间为

t₂=ω₂/△ω₂=v*I₂/(r*M₂)    ⑥；

由公式⑤，⑥，可以推导出

理想情况下，主动卷筒与被动卷筒都在做均匀减速运动，主动卷筒的转动距离为

$L_1=\frac{1}{2}*v*t_1=\frac{1}{2}*v*v*I_1/(R*M_1);$ ⑦；

被动卷筒的转动距离为

$L_2=\frac{1}{2}*v*t_2=\frac{1}{2}*v*v*I_2/(r*M_2);$ ⑧；

根据前述结论，当L₂>L₁时，卷带不能绷紧。为确保卷带绷直，L₁至少要等于L₂，由公式⑦，⑧，可以推导出公式：

$\mathrm{\ΔL}=\frac{1}{2}*v^2*[I_2/(r*M_2)-I_1/(R*M_1)]$ ⑨

即△L=0时，卷带绷直。在不改变卷筒本身特征情况下，增大M₂或者减小M₁是绷紧卷带的途径。但实际应用中，增大M₂，即增加了进钞时的机械负载间接迫使电机能提供的力矩增加，同时制动力矩M₁也会增大。而减小M₁因为受限于驱动电机本身需要提供一定的力矩，制动力矩M₁的改变并不突出。

减速停止过程从微观上说，在每一个电机脉冲跳变的区间内，只要瞬间制动力矩dM₁减小到足够小，从而增加了主动卷筒运转的时间，L₁增大；被动卷筒在扭力限制器的作用下，将速度减小至与主动卷筒相同的速度，与主动卷筒保持相同的运动状态。

根据公式⑨，I₂/(r*M₂)将小于或等于I₁/(R*dM₁)。即被动卷筒的瞬间运转距离小于或等于主动卷筒瞬间运转距离。宏观上说，即增加了主动卷筒的停止运转时间，使主动卷筒的停止运转距离等于被动卷筒的运转距离，最终实现卷带绷直。

进一步说，在主动卷筒每一个减速区间内，因为最终保持相同运行状态，主动卷筒减速过程中转动距离为

被动卷筒减速过程中转动距离为

可以得出每个减速区间内

$\mathrm{\ΔdL}=\frac{1}{2}*(v_{i-1}^2-v_i^2)*[I_2/(r_i*M_2)-I_1/(R_i*d{M}_1)]$ ⑩

在公式⑩，每个减速区间内，R_i和r_i确定，此半径下I₁和I₂也是确定的，进而[I₂/(r_i*M₂)-I₁/(R_i*dM₁)]是一个确定值.且是一个小于或等于0的值，当[I₂/(r_i*M₂)-I₁/(R_i*dM₁)]等于0时，则说明在当前区间内，大被动卷筒以相同的减速加速度减速，一直保持相同的运行状态，卷带不会松弛；当[I₂/(r_i*M₂)-I₁/(R_i*dM₁)]小于0时，主动卷筒减速时间大于被动卷筒的减速时间，即主动卷筒一直保持比被动卷筒运转快的趋势，所以卷带同样不会松弛。最终我们可以认为在主动卷筒每一个减速区间内，只要dM₁足够小，则△dL等于0，则卷带可以绷直。

从宏观上说，当[I₂/(r*M₂)-I₁/(R*M₁)≤0，即M₁≤I₁*r*M₂/(I₂*R)为一个阈值，当主动卷筒的减速制动力矩一直保持小于这个阈值的情况下，则可以确保主动卷筒与被动卷筒在减速过程中一直保持相同的运行状态至完全静止，转动距离相等，卷带绷直。

本发明实施例提供的基于单一动力缓存机构的控制系统，单一动力缓存机构包括主动卷筒、驱动电机、被动卷筒和卷带，主动卷筒设置于驱动电机上，主动卷筒和被动卷筒通过卷带相连，包括处理装置和控制器。

其中，处理装置用于在驱动电机需要停机时，测出主动卷筒的转动惯量I₁、主动卷筒的半径R、被动卷筒的半径r和被动卷筒的转动惯量I₂；

控制器用于控制驱动电机的制动力矩M₁≤I₁*r*M₂/(I₂*R)，其中，M₂为被动卷筒的扭力矩。

本发明实施例提供的基于单一动力缓存机构的控制系统，采用与上述实施例公开的基于单一动力缓存机构的控制方法相同的原理对卷带松弛现象进行调整，二者带来的技术效果是相同的，具体可参与上述实施例公开的基于单一动力缓存机构的控制方法，本文在此不再赘述。

由于主动卷筒的转动惯量I₁与主动卷筒的质量和半径有关；被动卷筒的转动惯量I₂与被动卷筒的质量和半径有关，并且主动卷筒的质量和被动卷筒的质量是定值，因此只要测出主动卷筒的半径R和被动卷筒的半径r，便可得到主动卷筒的转动惯量I₁和被动卷筒的转动惯量I₂。

因此，本发明实施例公开的处理装置包括半径检测装置和处理单元。

其中，半径检测装置用于实时检测主动卷筒的半径R被动卷筒的半径r，处理单元用于根据测得的主动卷筒的质量m₁和主动卷筒的半径R输出主动卷筒的转动惯量I₁，根据测得的被动卷筒的质量m₂和被动卷筒的半径r输出被动卷筒的转动惯量I₂。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种基于单一动力缓存机构的控制方法，所述单一动力缓存机构包括主动卷筒、驱动电机、被动卷筒和卷带，所述主动卷筒设置于所述驱动电机上，所述主动卷筒和所述被动卷筒通过所述卷带相连，其特征在于，包括步骤：

1）在所述驱动电机需要停机时，测出所述主动卷筒的转动惯量I₁、主动卷筒的半径R、被动卷筒的半径r和被动卷筒的转动惯量I₂；

2）控制所述驱动电机的制动力矩M₁≤I₁*r*M₂/(I₂*R)，其中，M₂为被动卷筒的扭力矩。

2.如权利要求1所述的基于单一动力缓存机构的控制方法，其特征在于，所述步骤1）具体为：在所述驱动电机的停机指令发出后，实时检测所述主动卷筒的半径R，以及所述被动卷筒的半径r，并分别计算出主动卷筒的转动惯量I₁和被动卷筒的转动惯量I₂。

3.一种基于单一动力缓存机构的控制系统，所述单一动力缓存机构包括主动卷筒、驱动电机、被动卷筒和卷带，所述主动卷筒设置于所述驱动电机上，所述主动卷筒和所述被动卷筒通过所述卷带相连，其特征在于，包括：

在所述驱动电机需要停机时，测出所述主动卷筒的转动惯量I₁、主动卷筒的半径R、被动卷筒的半径r和被动卷筒的转动惯量I₂的处理装置；

控制所述驱动电机的制动力矩M₁≤I₁*r*M₂/(I₂*R)的控制器，其中，M₂为被动卷筒的扭力矩。

4.如权利要求3所述的基于单一动力缓存机构的控制系统，其特征在于，所述处理装置包括：

实时检测所述主动卷筒的半径R所述被动卷筒的半径r的半径检测装置；

根据测得的所述主动卷筒的质量m₁和所述主动卷筒的半径R输出主动卷筒的转动惯量I₁，根据测得的所述被动卷筒的质量m₂和所述被动卷筒的半径r输出被动卷筒的转动惯量I₂的处理单元。

Images