CN106018279A - 旋光仪专家自适应控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了旋光仪专家自适应控制系统，它包括光源传感器、信号调理电路、自适应控制模块、具有专家算法的控制器、电机驱动器、电机和蜗轮蜗杆，LED发光二极管经调制后将光信号转变成电信号，经光源传感器接收电信号；信号调理电路对光源传感器输出的电信号进行放大、滤波及整流处理；自适应控制模块将实时信号与阈值的偏差进行放大，放大后的信号用于高压电路，调节高压的大小；具有专家算法的控制器对整流后输出的波形进行采样，并通过控制器驱动电机驱动器，控制电机上的蜗轮蜗杆与外部机械部分进行耦合传动。将原有电机替换为三相交流伺服电机，并配套相应的驱动、专家自适应控制算法，使得仪器测量噪声大大减少，通过专家自适应控制系统，提升了原有仪器的测量速度，提高了仪器的精度。

Description

旋光仪专家自适应控制系统

技术领域

本发明涉及一种旋光仪仪器，尤其涉及一种旋光仪专家自适应控制系统。

背景技术

传统旋光仪广泛地采用单相双容异步电机，型号为ND-F-09，传感器输出的50Hz交流信号经过滤波、放大之后控制上述电机的激磁信号，从而间接控制电机的转速。这种控制方法的缺点在于：电机运行过程中，噪声大、运转不平稳，电机长时间运行会导致系统发热严重，影响仪器寿命，且发热对测量精度的影响较大。传统旋光仪采用模拟电路驱动电机的方法，存在对信号质量要求极高的缺点，系统对机械阻尼、电机安装位置有着极高的要求，给调试带来了不便。

旋光仪仪器除了应满足相应的指标性能之外，还应具备用户可操作性好，环境污染小等特点。

因此，需要提供一种新的技术方案来解决上述问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种旋光仪专家自适应控制系统。为旋光仪提供一种具有专家自适应算法控制的三相交流伺服电机及配套驱动器、控制器，以解决传统旋光仪采用ND-F-09电机带来的仪器精度低、发热、故障率高及调试困难等缺点。

为解决上述技术问题，本发明提供旋光仪专家自适应控制系统，它包括光源传感器、信号调理电路、自适应控制模块、具有专家算法的控制器、电机驱动器、电机和蜗轮蜗杆，LED发光二极管经过调制后，将光信号转变成电信号，经光源传感器接收电信号；信号调理电路对光源传感器输出的电信号进行放大、滤波及整流处理；自适应控制模块将实时信号与阈值的偏差进行放大，放大后的信号用于高压电路，自动调节高压的大小；具有专家算法的控制器对信号调理电路整流后输出的波形进行采样处理，并依据预先存储专家库的控制器驱动电机驱动器，电机驱动器的输出控制电机，控制电机的转子轴上带有蜗轮蜗杆，蜗轮蜗杆与外部机械部分进行耦合传动。

在上述技术方案中，所述信号调理电路包括放大电路、滤波电路和整流电路，所述放大电路采用双运算放大器对光源传感器的输出信号进行放大, 所述滤波电路采用型无源滤波网络对放大后的信号进行去噪处理，所述整流电路采用运算放大器对去噪后的信号进行整流，供后续专家算法进行采样。

在上述技术方案中，所述自适应控制模块包括由双运算放大器件构成的放大电路、阈值调节电路和高压电路，所述放大电路的反相输入端与阈值调节电路连接，所述放大电路的输出端与高压电路连接，所述放大电路的反相输入端与输出端之间连接一电阻。

在上述技术方案中，所述电机包括电机定子外壳、固定端盖和转子，所述转子端部螺纹连接活套，所述电机定子外壳上引出电机UVW三相动力线，所述电机定子外壳的前端部加装固定端盖，所述固定端盖底部开有螺纹孔，该螺纹孔用于与仪器基座固定，所述电机定子外壳的后端部加装编码器。采用了编码器，且将其安装在电机尾部，能减小体积及增强稳定性。

所述固定端盖与电机定子外壳为分离式结构，固定端盖上开有与电机定子外壳连接的端盖固定孔。这种可拆分的固定端盖，提高了安装的灵活性。

也可将固定端盖与电机定子外壳设计为一体式结构。

在上述技术方案中，所述控制器包括第一控制器电路板、第二控制器电路板、电机驱动器和链接铜柱，此控制器具有快速控制电机运转状态的能力。

所述第一控制器电路板和第二控制器电路板之间以及第二控制器电路板和电机驱动器之间通过链接铜柱连接，所述电机驱动器上设有电机三相动力线接口和编码器接口，所述电机UVW三相动力线连接至电机三相动力线接口，所述编码器连接至编码器接口。此驱动器具有模块化的对外电气接口，接线方便、系统更加安全。

所述第一控制器电路板采用DSP2406芯片，所述第二控制器电路板采用CPLD芯片，智能控制电机的运动状态。这两种芯片，使得系统的运算速度加快，仪器测量时间缩短。

所述DSP2406芯片带有设计的专家自适应控制算法，使得仪器测量结果更加准确。

附图说明

图1a为本发明电机的主视图。

图1b为本发明电机的左视图。

图1c为本发明电机的右视图。

图2为本发明的控制器结构示意图。

图3为本发明的原理图。

图4为本发明信号调理电路的电路图。

图5为本发明自适应控制模块的电路图。

其中：1、电机UVW三相动力线，2、编码器，3、固定端盖，4、活套，5、电机定子外壳，6、端盖固定孔，7、转子,8、螺纹孔；

11、控制器电路板，12、控制器电路板，13、电机驱动器，14、电机三相动力线接口，15、编码器接口，16、链接铜柱；

111、光源传感器，112、信号调理电路，1121、放大电路，1122、滤波电路，1123、整流电路，113、自适应控制模块，1131、阈值调节电路，1132、放大电路，1133、高压电路，114、控制器，115、电机驱动器，116、电机，117、蜗轮蜗杆。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的保护范围的限定。

为了保证旋光仪系统的稳定性，本发明提供旋光仪专家自适应控制系统，图3所示，该系统包括光源传感器111、信号调理电路112、自适应控制模块113、具有专家算法的控制器114、电机驱动器115、电机116和蜗轮蜗杆117，LED发光二极管经过调制后，将光信号转变成电信号，经光源传感器111接收电信号；信号调理电路112对光源传感器111输出的电信号进行放大、滤波及整流处理；自适应控制模块113依据输出的电信号与阈值的关系调节放大系数；具有专家算法的控制器114对信号调理电路112整流后输出的波形进行采样处理，并依据预先存储专家库的控制器114驱动电机驱动器115，电机驱动器115的输出控制电机116，控制电机116的转子轴上带有蜗轮蜗杆117，便于与外部机械部分进行耦合传动。

该系统采用LED发光二极管作为光源，经过调制后经光源传感器111进行接收（其中光源传感器选用滨松公司生产的光电倍增管），信号调理电路112对光源传感器111输出的电信号进行放大、滤波及整流处理，其中放大电路1121采用双运算放大器LM358对光源传感器111的输出信号进行放大，滤波电路1122采用型无源滤波网络对放大后的信号进行去噪处理，考虑到信号较弱的情况，本信号调理电路112还采用由运算放大器LF353构成的精密整流电路1123对去噪后的信号进行整流，供后续专家算法进行采样，信号调理电路的原理图如图4所示。

自适应控制模块113采用由双运算放大器件LM358P构成的放大电路1132、阈值调节电路1131和高压电路1133，放大电路1132的反相输入端与阈值调节电路1131连接，放大电路1132的输出端与高压电路1133连接，放大电路1132的反相输入端与输出端之间连接一电阻。该电路将实时信号与阈值的偏差进行放大，放大后的信号用于高压电路，自动调节高压的大小，如图5所示。

具有专家算法的控制器114主要指控制芯片DSP2406，该芯片对信号调理电路112整流后输出的波形进行采样处理，并依据预先存储的专家库驱动电机驱动器115，电机驱动器115采用IGBT开关组成，电机驱动器115的输出控制电机116，控制电机116的转子轴上带有蜗轮蜗杆117，便于与外部机械部分进行耦合传动。

需要指出的是，自适应控制算法在芯片DSP2406中实现。

图1a、图1b、图1c，电机包括电机定子外壳5、固定端盖3和转子7，转子7端部螺纹连接活套4，电机定子外壳5上引出电机UVW三相动力线1。

为了使电机与旋光仪连接紧密，采用电机定子外壳5的前端部加装固定端盖的方式，固定端盖3底部开有螺纹孔8，经螺纹孔8与仪器基座固定，电机定子外壳5的后端部安装编码器2。

该电机为三相交流伺服电机，其外形尺寸不固定。减小了原有电机占用的空间，同时节省了电机制造成本。

固定端盖3与电机定子外壳5，可以设计成可分离式，即固定端盖3上开有与电机定子外壳5连接的端盖固定孔6；也可设计为一体式，固定端盖3与电机定子外壳5为一体式结构。本文并不限定其连接方式。

图2所示，为了使得系统结构更加紧凑，保证系统的稳定性，采用模块化设计。控制器包括第一控制器电路板11、第二控制器电路板12、电机驱动器13和链接铜柱16，第一控制器电路板11和第二控制器电路板12之间以及第二控制器电路板12和电机驱动器13之间通过链接铜柱16连接，电机驱动器13上设有电机三相动力线接口14和编码器接口15。

为了减小干扰、降低电机发热对系统带来的不确定性因素，采用导线连接电机、编码器与控制器。图1所示，电机UVW三相动力线1连接至图2中的电机三相动力线接口14，图1中的编码器2连接至图2中的编码器接口15。

为了缩短仪器测量时间，提高旋光仪对系统的干扰适应性，保证测量精度，本发明采用自适应控制算法。图2中，第一控制器电路板11采用DSP2406芯片，第二控制器电路板12采用CPLD芯片，DSP2406芯片带有设计的专家自适应控制算法，智能控制电机的运动状态。

本发明所采用的专家自适应控制算法可以实现电机快速启停、正反转及降速。

将原有ND-F-09电机替换为专门设计的三相交流伺服电机，并配套相应的驱动、专家自适应控制算法，使得仪器测量噪声大大减少，同时极大地简化了仪器出厂前的校准等工作，通过设计专家自适应控制系统，提升了原有仪器的测量速度，节省了仪器的测量时间。

本发明应用于数字式全自动旋光仪上，旋光仪广泛地应用于制药、食品、化工等领域。在制药等特殊领域，需要对药物浓度(旋光度)进行十分精确的测量，本发明为此提供了一种精准测量系统，具有仪器安装调试方便，噪声小，精度高(可达国内最高水平)，仪器使用寿命长等优点。

Claims (8)

1.旋光仪专家自适应控制系统，其特征在于：它包括光源传感器、信号调理电路、自适应控制模块、具有专家算法的控制器、电机驱动器、电机和蜗轮蜗杆，LED发光二极管经过调制后，将光信号转变成电信号，经光源传感器接收电信号；信号调理电路对光源传感器输出的电信号进行放大、滤波及整流处理；自适应控制模块将实时信号与阈值的偏差进行放大，放大后的信号用于高压电路，自动调节高压的大小；具有专家算法的控制器对信号调理电路整流后输出的波形进行采样处理，并依据预先存储专家库的控制器驱动电机驱动器，电机驱动器的输出控制电机，控制电机的转子轴上带有蜗轮蜗杆，蜗轮蜗杆与外部机械部分进行耦合传动。

2.根据权利要求1所述的旋光仪专家自适应控制系统，其特征在于：所述信号调理电路包括放大电路、滤波电路和整流电路，所述放大电路采用双运算放大器对光源传感器的输出信号进行放大, 所述滤波电路采用型无源滤波网络对放大后的信号进行去噪处理，所述整流电路采用运算放大器对去噪后的信号进行整流，供后续专家算法进行采样。

3.根据权利要求1所述的旋光仪专家自适应控制系统，其特征在于：所述自适应控制模块包括由双运算放大器件构成的放大电路、阈值调节电路和高压电路，所述放大电路的反相输入端与阈值调节电路连接，所述放大电路的输出端与高压电路连接，所述放大电路的反相输入端与输出端之间连接一电阻。

4.根据权利要求1所述的旋光仪专家自适应控制系统，其特征在于：所述电机包括电机定子外壳、固定端盖和转子，所述转子端部螺纹连接活套，所述电机定子外壳上引出电机UVW三相动力线，所述电机定子外壳的前端部加装固定端盖，所述固定端盖底部开有螺纹孔，该螺纹孔用于与仪器基座固定，所述电机定子外壳的后端部加装编码器。

5.根据权利要求4所述的旋光仪专家自适应控制系统，其特征在于：所述固定端盖与电机定子外壳为分离式结构，所述固定端盖上开有与电机定子外壳连接的端盖固定孔。

6.根据权利要求4所述的旋光仪专家自适应控制系统，其特征在于：所述固定端盖与电机定子外壳一体式结构。

7.根据权利要求1所述的旋光仪专家自适应控制系统，其特征在于：所述控制器包括第一控制器电路板、第二控制器电路板、电机驱动器和链接铜柱，所述第一控制器电路板和第二控制器电路板之间以及第二控制器电路板和电机驱动器之间通过链接铜柱连接，所述电机驱动器上设有电机三相动力线接口和编码器接口，所述电机UVW三相动力线连接至电机三相动力线接口，所述编码器连接至编码器接口。

8.根据权利要求7所述的旋光仪专家自适应控制系统，其特征在于：所述第一控制器电路板采用DSP2406芯片，所述第二控制器电路板采用CPLD芯片，所述DSP2406芯片带有设计的专家自适应控制算法，智能控制电机的运动状态。