CN103822746B - 一种电动执行机构调试台转矩动态标定方法 - Google Patents

Abstract

一种电动执行机构调试台转矩动态标定方法。提供了一种方便快捷、准确可靠地标定转矩的电动执行机构调试台转矩动态标定方法。包括以下步骤：步骤1）、获取转矩测量数据；步骤2）、建立直角坐标系、确定坐标点；步骤3）、中值滤波处理；步骤4）、曲线拟合处理；步骤5）、完毕。本发明通过两路传感器测量、采集电动执行机构调试台的动态数据，通过CPU来处理计算出标定曲线，通过建立坐标系、确定坐标点，将采集的数据经滤波、曲线拟合处理，得到电动执行机构调试台转矩的动态标定曲线，保证电动执行机构调试台转矩测量的准确性与可靠性，降低了调试台在传动过程中，由于齿轮的啮合存在间隙，导致调试台转矩测试出现的误差。

Description

一种电动执行机构调试台转矩动态标定方法

技术领域

本发明涉及自动控制领域，特别是一种电动执行机构调试台转矩动态标定方法。

背景技术

现有技术中，电动执行机构调试台的转矩采用静态标定的方法，即用标准力矩扳手测试几个固定的值，然后描绘出一条折线，根据折线来计算电动执行机构的转矩值。这种静态标定方法，需要人工扳动力矩扳手，通过肉眼读数，使得所测出的数据精度差，可靠性低；而且，由于点数的限制，标定的曲线是否合理得不到保证，不能适应工业自动化生产的要求。

发明内容

本发明针对以上问题，提供了一种方便快捷、准确可靠地标定转矩的电动执行机构调试台转矩动态标定方法。

本发明的技术方案是：包括以下步骤：

步骤1）、获取转矩测量数据；将电动执行机构的输出轴连接在调试台的负载加载器上，在时间t₁、t₂……t_n上，分别通过电阻应变式压力传感器和动态扭矩传感器测量所述负载加载器的动态数据，将动态数据采集至CPU中，

所述电阻应变式压力传感器的输出信号为模拟量，所述模拟量经信号调理模块转换为数字量，

所述动态扭矩传感器的输出信号为脉冲量信号，所述脉冲量信号转换成转矩；

所述动态数据包括数字量和转矩；

步骤2）、建立直角坐标系、确定坐标点；

在步骤1）的基础上，建立以数字量为X轴，转矩为Y轴的直角坐标系；

在坐标系中，确定在各时间点上由动态数据确认的坐标点，

在时间t₁上，分别多次重复标定由数字量X和转矩Y确定的点记为P₁、P₂……P_n，

在时间t₂上，分别多次重复标定由数字量X和转矩Y确定的点记为P₁、P₂……P_n，

在时间t_n上，分别多次重复标定由数字量X和转矩Y确定的点记为P₁、P₂……P_n；

步骤3）、中值滤波处理；分别对步骤2）中在时间t₁、t₂……t_n上，分别测量得到的坐标点进行中值滤波处理，取平均值分别记值为J₁、J₂……J_n；

步骤4）、曲线拟合处理；依次计算出J₁与J₂、J₁与J₃……J₁与J_n之间连线的斜率K₁、K₂……K_n-1，先排序，去掉最大值和最小值后，计算斜率的平均值，得到斜率K，最后得到标定曲线；

步骤5）、完毕。

本发明通过两路传感器测量、采集电动执行机构调试台的动态数据，通过CPU来处理计算出标定曲线，两路传感器分别为电阻应变式压力传感器和动态扭矩转矩传感器，通过建立坐标系、确定坐标点，将采集的数据经滤波、曲线拟合处理，得到电动执行机构调试台转矩的动态标定曲线，保证电动执行机构调试台转矩测量的准确性与可靠性，降低了调试台在传动过程中，由于齿轮的啮合存在间隙，导致调试台转矩测试出现的误差。

附图说明

图1是本发明中转矩-数字量滤波示意图，

图2是本发明的曲线拟合示意图；

图中P1～P6为6次重复标定的转矩——数字量对应的点，J1～J6为相邻时刻转矩——数字量对应的点，K1～K5为J1点与其余个点的连线的斜率。

具体实施方式

本发明如图1-2所示，包括以下步骤：

步骤1）、获取转矩测量数据；将电动执行机构的输出轴连接在调试台的负载加载器上，在时间t₁、t₂……t_n上，分别通过电阻应变式压力传感器和动态扭矩传感器测量所述负载加载器的动态数据，将动态数据采集至CPU中，

所述电阻应变式压力传感器的输出信号为模拟量，所述模拟量经信号调理模块转换为数字量，

所述动态扭矩传感器的输出信号为脉冲量信号，所述脉冲量信号转换成转矩；动态扭矩传感器数字化操作，具有精度高、可靠性高；采用应变片电测技术，在弹性轴上组成应变桥，向应变桥提供电源即可测得该弹性轴受扭的电信号，将该应变信号放大后，经过压/频转换，变成与扭应变成正比的频率信号，实现脉冲量信号换算成转矩；

所述动态数据包括数字量和转矩；

步骤2）、建立直角坐标系、确定坐标点；本发明通过两路传感器测量动态数据；再通过建立直角坐标系将动态数据定点、整合，相比于现有技术中，通过静态测量标定曲线的方式，提高了精度和可靠性；

在步骤1）的基础上，建立以数字量为X轴，转矩为Y轴的直角坐标系；

在坐标系中，确定在各时间点上由动态数据确认的坐标点，

在时间t₁上，分别多次重复标定由数字量X和转矩Y确定的点记为P₁、P₂……P_n，

在时间t₂上，分别多次重复标定由数字量X和转矩Y确定的点记为P₁、P₂……P_n，

在时间t_n上，分别多次重复标定由数字量X和转矩Y确定的点记为P₁、P₂……P_n；

步骤3）、中值滤波处理；分别对步骤2）中在时间t₁、t₂……t_n上，分别测量得到的坐标点进行中值滤波处理，通过一个矩形确定范围，剔除矩形外的点，对矩形内的点取平均值，分别记值为J₁、J₂……J_n；

中值滤波主要是用在图像处理中，这里引进用来数据处理是可行的。中值滤波在图像处理中是一种比较常用的算法，在图像处理中取的3*3，5*5区域的单位是像素点，本发明中矩形的目的是确定在某个时刻实际采集数据的区域，然而，实际采集的数据是根据负载的变化而逐渐增加的，是一个变化值，所以不能直接通过实际采集的数据最大值确定区域。本发明先是分别通过对X轴和Y轴上的数据进行排序，排序方法有很多种，可以是插入排序，快速排序，冒泡排序，堆排序等，本发明采用冒泡排序，将数据排序好了，取其中间的值，然后在中间值的基础上，加上矩形范围的值，就能确定实际采集的数据范围了。因此，矩形范围的值是个误差范围。

矩形的范围：Y轴（转矩）是1-10N.M，根据具体的调试台量程范围确定，X轴（数字量）是1-100，数字量16000对应的是满量程，X轴的大小也是由量程决定。

步骤4）、曲线拟合处理；依次计算出J₁与J₂、J₁与J₃……J₁与J_n之间连线的斜率K₁、K₂……K_n-1，先排序，去掉最大值和最小值后，计算斜率的平均值，得到斜率K，最后得到标定曲线；

先排序（冒泡等），去掉最大值和最小值后取均值的方法，比较实用，因为斜率的点已经经过处理，出现尖峰突变的可能性很小，提高数据的可靠性。

步骤5）、完毕。

如图1所示，P点为同一时刻，转矩值——数字量对应的点。动态标定时，重复给电动执行机构调试台加载6次，也可以重复更多次，根据具体情况而定。在得到P1～P6点后，P1～P6经中值滤波处理，得到所需的均值点J点。

中值滤波是基于排序统计理论的一种有效抑制噪声的非线性信号处理技术，电动执行机构调试台在加载过程中，不可避免有噪声，采取中值滤波能有效减小噪声误差。g(x,y)=med{f（x-k，y-l），k,l∈W}，其中，g(x,y),f(x,y)为原始点区域和处理后的点区域，W为二维模板，为m*n的区域，也可以是圆、圆环、十字形等不同的形状。本发明采用中值滤波方法滤掉在二维模板区域外的点，在区域内的点求取均值，最后得到在某一时刻时的转矩值——数字量点。

如图2所示，在t=0～t=5时刻，分别得到J1～J6，J1～J6为已经过滤波和均值处理的转矩——数字量对应点,K1～K5为J1点分别与其余个点的连线的斜率，J1为电动执行机构静止时的原点。K1～K5在经过中值滤波和均值处理后，就能到一条直线；同理，也可以继续设定J7～J12甚至更多区域，最后拟合成一条直线还是拟合成一条折线，视现场环境而定，干扰越多，就应该标定更多的线段，组合成标定曲线。如果干扰少，各条线段的斜率基本相同，标定再多的线段也无意义。

本发明的有益效果在于：首先，无论采用何种型号的电动执行机构，都能对调试台进行快速的标定；其次，通过多次动态的读取传感器的信号，可以得到稳定实时的标定数据；再次，动态扭矩传感器保证了电动执行机构调试的精度；最后，采用中值滤波和曲线拟合方法，进一步减小标定的误差，进一步提高了电动执行机构调试台的可靠性和可用性。

本发明中的动态标定，主要是为了解决电动执行机构调试台测试中出现的转矩测试误差问题，调试台主要是由齿轮传动，在传动过程中，齿轮的啮合存在间隙，就可能导致调试台转矩测试出现误差。

最后，调试台通过对标定的曲线进行加载，从而进行对电动执行机构的测试和调试，转矩调试的目的是为了测试电动执行机构的堵转转矩、最大控制转矩、设置转矩等参数，调试出转矩值越精确，电动执行机构在现场的应用就越稳定，不会因为出力过大或者不足导致阀门开闭故障。

Claims (1)

1.一种电动执行机构调试台转矩动态标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）、获取转矩测量数据；将电动执行机构的输出轴连接在调试台的负载加载器上，在时间t₁、t₂……t_n上，分别通过电阻应变式压力传感器和动态扭矩传感器测量所述负载加载器的动态数据，将动态数据采集至CPU中，

所述电阻应变式压力传感器的输出信号为模拟量，所述模拟量经信号调理模块转换为数字量，

所述动态扭矩传感器的输出信号为脉冲量信号，所述脉冲量信号转换成转矩；

所述动态数据包括数字量和转矩；

步骤2）、建立直角坐标系、确定坐标点；

在步骤1）的基础上，建立以数字量为X轴，转矩为Y轴的直角坐标系；

在坐标系中，确定在各时间点上由动态数据确认的坐标点，

在时间t₁上，分别多次重复标定由数字量X和转矩Y确定的点记为P₁、P₂……P_n，

在时间t₂上，分别多次重复标定由数字量X和转矩Y确定的点记为P₁、P₂……P_n，

在时间t_n上，分别多次重复标定由数字量X和转矩Y确定的点记为P₁、P₂……P_n；

步骤3）、中值滤波处理；分别对步骤2）中在时间t₁、t₂……t_n上，分别测量得到的坐标点进行中值滤波处理，通过一个矩形确定范围，剔除矩形外的点，对矩形内的点取平均值，取平均值分别记值为J₁、J₂……J_n；

步骤4）、曲线拟合处理；依次计算出J₁与J₂、J₁与J₃……J₁与J_n之间连线的斜率K₁、K₂……K_n-1，先排序，去掉最大值和最小值后，计算斜率的平均值，得到斜率K，最后得到标定曲线；

步骤5）、完毕。