CN107340403B - 一种电动标定转台转速控制和工具面角测量方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明主要属于标定转台技术领域，具体涉及一种电动标定转台转速控制和工具面角测量方法及装置。所述装置包括编码器、联动机构、传动机构、电动机和控制单元；所述电动机通过与所述传动机构连接以驱动待测样件旋转；所述联动机构与所述待测样件连接并将所述待测样件的转动传递给所述编码器；所述编码器转轴与所述待测样件的转速一致；所述编码器和所述电动机均与所述控制单元连接，所述控制单元用于接收所述编码器的输出信号，将所述输出信号转换为转速数据和工具角数据进而反馈给所述电动机中的电动驱动单元，实现对所述电动机转速的控制。

Description

一种电动标定转台转速控制和工具面角测量方法及装置
技术领域
本发明主要属于标定转台技术领域，具体涉及一种电动标定转台转速控制和工具面角测量方法及装置。
背景技术
标定转台是用于测控系统元件标校试验的基础平台，其位置、速率、加速度可控，能够实现位置、速率、加速度等试验。研制姿态测量的仪器或电路模块单元需要在标定转台上进行标定测试，以验证姿态测量精度。
目前，标定转台通常都做成纯手动模式，操作者操作时，一面缓慢转动转轴，一面观察刻度盘读数，达到既定角度时停止转动，锁紧工件，然后对被测件进行读数和测试。这类转台实际上是定点静态标定。因此，目前的标定转台需要手动操作，用刻度盘读数，手动操作的转台不能在实现在一定转速下进行标定，不利于有些姿态测量仪器的标定。例如：随钻钻井或测井姿态测量仪器往往需要在旋转状态时工作，为了验证其转动条件下性能，需要转台可以自动旋转，且转速可测可控，为了能够动态变换工具面角，也希望能够自动、快速读出工具面角的数值；传统的标定转台并不适用于随钻钻井或测井姿态测量仪器的标定测试。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种电动标定转台转速控制和工具面角测量方法及装置，所述方法是通过编码器测量转动轴在一定时间内转动的角度，求得转速和工具面角，并与预期的转速进行比较，然后使用PID算法对电动机进行转速控制，使得实际转速与设定值一致。操作者也可以对测试过程进行编程设定，即让转速按照一定的规律自动改变，使得测试过程更完整，测试速度和效率更高。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种电动标定转台转速控制和工具面角测量装置，所述装置包括编码器、联动机构、传动机构、电动机和控制单元；
所述电动机与所述传动机构连接以驱动待测样件旋转；
所述联动机构与所述待测样件连接并将所述待测样件的转动传递给所述编码器；
所述编码器转轴转速与所述待测样件的转速一致；
所述编码器和所述电动机均与所述控制单元连接，所述控制单元用于接收所述编码器输出的信号，将所述输出信号转换为转速数据和工具角数据，并将所述转速数据和工具角数据与预设的转速和工具面角数据进行比较，所述控制单元根据比较结果通过PID调节器对所述电动机进行控制，以使得所述电动机的实际转速和实际工具面角分别与预设转速值和预设工具面角值相一致。
进一步地，所述编码器、所述联动机构、所述传动机构、和所述电动机的中轴线重合。
3.根据权利要求1所述一种电动标定转台转速控制和工具面角测量装置，其特征在于，所述控制单元包括人机交互单元，所述人机交互单元包括键盘和LCD显示器；所述键盘用于操作者输入预设的转速和预设的工具面角，所述LCD显示器用于实时显示所述电动机的实际转速数值以及实际的工具面角值。
一种电动标定转台转速控制和工具面角测量方法，所述方法所述测量装置进行测量，通过所述编码器测量所述电动机的转动轴在一定时间内转动的转速和工具面角，所述控制单元获取所述转速和所述工具面角数据并其与预设的转速和工具面角数据进行比较，所述控制单元通过PID调节器对电动机进行控制，以使得所述电动机的实际转速和实际工具面角分别与预设转速值和预设工具面角值相一致。
进一步地，所述测量方法包括以下步骤：
（1）所述电动机产生旋转动力；
（2）所述电动机通过与其连接的所述传动机构来驱动待测样件旋转；
（3）所述联动机构与待测样件连接，并将所述待测样件的转动传递给所述编码器，以使所述编码器转轴的转速与所述待测样件的转速一致；
（4）所述编码器的转轴转动时，输出电子脉冲信号，输出的电子脉冲信号个数与转轴转动角度成正比例关系，即若转轴转动角度为α，则输出电子脉冲信号个数为Nα，N为固定系数且>1，编码器的角度分辨率为1/N；正转和反转时脉冲个数相同但相位特征不同；
（5）控制单元工作时接收所述编码器输出的所述电子脉冲信号，并将所述电子脉冲信号转换成转速和工具面角数据，并其与预设的转速和工具面角数据进行比较，根据比较结果所述控制单元通过PID调节器对所述电动机进行控制，以使得所述电动机的实际转速和实际工具面角分别与预设转速值和预设工具面角值相一致。
进一步地，所述控制单元包括人机交互单元，所述人机交互单元包括键盘和LCD显示器；所述键盘用于输入操作者预设的转速和预设的工具面角，所述LCD显示器用于实时显示所述电动机的转速数值以及工具面角数值。
本发明的有益技术效果：
本发明所述测量装置能够自动测量电动机的转速和工具面角，使得三轴姿态标定转台可以应用于转动条件下进行标定测试的应用场景，比如随钻钻井、测井仪器的标定。
附图说明
图1为本发明实施例1中一种电动标定转台转速控制和工具面角测量装置示意图；
图2为在半自动模式下，电动机转轴转速控制示意图；
图3为在全自动模式下，电动机转轴转速控制示意图；
图4为在手动模式下，电动机转轴转速控制示意图；
附图标记：101.编码器、102.联动机构、S1.被测样件 、103.传动机构、104.电动机、105.控制机构、106导线。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
实施例1
一种电动标定转台转速控制和工具面角测量装置，如图1所示，所述装置包括编码器101、联动机构102、传动机构103、电动机104和控制单元105；
所述电动机104通过与所述传动机构103连接以驱动待测样件S1旋转；
所述联动机构102与所述待测样件S1连接并将所述待测样件S1的转动传递给所述编码器101；
所述编码器101转轴与所述待测样件S1的转速一致；
所述编码器101和所述电动机104均与所述控制单元105通过导线106连接，所述控制单元105用于接收所述编码器101的输出信号，将所述输出信号转换为转速数据和工具角数据，并将转换获得的所述转速数据和工具角数据与预设的转速和工具面角数据进行比较，根据比较结果所述控制单元105通过PID调节器对所述电动机进行控制，以使得所述电动机的实际转速和实际工具面角分别与预设转速值和预设工具面角值相一致。
所述编码器101、所述联动机构102、所述传动机构103和所述电动机104的中轴线重合。
所述控制单元105包括人机交互单元，所述人机交互单元包括键盘和LCD显示器；所述键盘用于操作者输入预设的转速和预设的工具面角，所述LCD显示器用于实时显示所述电动机104的实际转速数值以及实际的工具面角值。
实施例2
一种电动标定转台转速控制和工具面角测量方法，所述方法根据实施例1所述测量装置进行测量，通过所述编码器测量所述电动机的转动轴在一定时间内转动的转速和工具面角，所述控制单元获取所述转速和所述工具面角数据并其与预设的转速和工具面角数据进行比较，所述控制单元通过PID调节器对电动机进行控制，以使得所述电动机的实际转速和实际工具面角分别与预设转速值和预设工具面角值相一致。
所述测量方法包括以下步骤：
（1）所述电动机产生旋转动力；
（2）所述电动机通过与其连接的所述传动机构来驱动待测样件旋转；
（3）通过所述联动机构将所述待测样件的转动传递给所述编码器，以使所述编码器转轴的转速与所述待测样件的转速一致；
（4）所述编码器的转轴转动时，输出电子脉冲信号，输出的电子脉冲信号个数与转轴转动角度成正比例关系，即若转轴转动角度为α，则输出电子脉冲信号个数为Nα，N为固定系数且>1，编码器的角度分辨率为1/N；正转和反转时脉冲个数相同但相位关系不同；
（5）控制单元工作时接收所述编码器输出的所述电子脉冲信号，并将所述电子脉冲信号转换成转速和工具面角数据，并其与预设的转速和工具面角数据进行比较，根据比较结果所述控制单元通过PID调节器对所述电动机进行控制，以使得所述电动机的实际转速和实际工具面角分别与预设转速值和预设工具面角值相一致。
所述控制单元包括人机交互单元，所述人机交互单元包括键盘和LCD显示器；所述键盘用于输入操作者预设的转速和预设的工具面角，所述LCD显示器用于实时显示所述电动机的转速数值以及工具面角数值。
此外，操作者还能够对测试过程进行编程设定，即使转速或者工具面角按照一定的规律自动改变，以增加测试状态点，使测试过程更加完整。
所述测量方法包括半自动模式、全自动模式、和手动模式三种模式；
在所述半自动模式下，如图2所示，操作者通过键盘设定转速，转台自行调整转速到设定值，并进行保持，通过编码器测量转速，并显示在LCD显示器上，所述控制单元通过PID调节器对电动机进行转速控制，以使得所述电动机的实际转速和实际工具面角分别与预设转速值和预设工具面角值相一致；直到操作人员设定另一数值；
在全自动模式下，如图3所示，操作者通过电脑软件编程设定工作流程，即设定若干种转速，依次改变，每种转速保持一定的时间，然后由控制单元自行调整到另一转速，整个过程全自动完成，无需操作人员干预；在此过程中，也是通过编码器测量转速，并显示在LCD显示器上，所述控制单元通过PID调节器对电动机进行转速控制，以使得所述电动机的实际转速和实际工具面角分别与编程预设转速值和编程预设工具面角值相一致。并且，在此过程中所述控制单元全程测量并存储转速及相应的时间信息，以备操作人员后续使用；
在所述手动模式下，如图4所示，所述电动机与所述传动机构的连接断开，操作人员手动拨动所述待测样件，转动一定工具面角或者以一定的转速旋转，所述控制单元全程测量并存储转速和工具面角数据，以及相应的时间信息，以备操作人员后续使用。
因此，本发明所述测量装置可以以多种转速进行标定测试，转速既可以在运行过程由操作人员手动输入，也可以在测试前编程设定，还可以全手动，由操作人员手动拨动或转动被测样件（以改变工具面角或者一定转速转动），实现多种测试方法。

Claims (6)

1.一种电动标定转台转速控制和工具面角测量装置，其特征在于，所述装置包括编码器、联动机构、传动机构、电动机和控制单元；
所述电动机与所述传动机构连接以驱动待测样件旋转；
所述联动机构与所述待测样件连接并将所述待测样件的转动传递给所述编码器；
所述编码器转轴转速与所述待测样件的转速一致；
所述编码器和所述电动机均与所述控制单元连接，所述控制单元用于接收所述编码器输出的信号，将所述输出信号转换为转速数据和工具面角数据，并将所述转速数据和工具面角数据与预设的转速和工具面角数据进行比较，所述控制单元根据比较结果通过PID调节器对所述电动机进行控制，以使得所述电动机的实际转速和实际工具面角分别与预设转速值和预设工具面角值相一致。
2.根据权利要求1所述一种电动标定转台转速控制和工具面角测量装置，其特征在于，所述编码器、所述联动机构、所述传动机构、和所述电动机的中轴线重合。
3.根据权利要求1所述一种电动标定转台转速控制和工具面角测量装置，其特征在于，所述控制单元包括人机交互单元，所述人机交互单元包括键盘和LCD显示器；所述键盘用于操作者输入预设的转速和预设的工具面角，所述LCD显示器用于实时显示所述电动机的实际转速数值以及实际的工具面角值。
4.一种电动标定转台转速控制和工具面角测量方法，所述方法根据权利要求1-3任一所述测量装置进行测量，其特征在于，通过所述编码器测量所述电动机的转动轴在一定时间内转动的转速和工具面角，所述控制单元获取所述转速和所述工具面角数据并将其与预设的转速和工具面角数据进行比较，所述控制单元通过PID调节器对电动机进行控制，以使得所述电动机的实际转速和实际工具面角分别与预设转速值和预设工具面角值相一致。
5.根据权利要求4所述测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：
（1）所述电动机产生旋转动力；
（2）所述电动机通过与其连接的所述传动机构来驱动待测样件旋转；
（3）所述联动机构与待测样件连接，并将所述待测样件的转动传递给所述编码器，以使所述编码器转轴的转速与所述待测样件的转速一致；
（4）所述编码器的转轴转动时，输出电子脉冲信号，输出的电子脉冲信号个数与转轴转动角度成正比例关系，即若转轴转动角度为α，则输出电子脉冲信号个数为Nα，N为固定系数且>1，编码器的角度分辨率为1/N；正转和反转时脉冲个数相同但相位特征不同；
（5）控制单元工作时接收所述编码器输出的所述电子脉冲信号，并将所述电子脉冲信号转换成转速和工具面角数据，并其与预设的转速和工具面角数据进行比较，根据比较结果所述控制单元通过PID调节器对所述电动机进行控制，以使得所述电动机的实际转速和实际工具面角分别与预设转速值和预设工具面角值相一致。
6.根据权利要求5所述一种电动标定转台转速控制和工具面角测量方法，其特征在于，所述控制单元包括人机交互单元，所述人机交互单元包括键盘和LCD显示器；所述键盘用于输入操作者预设的转速和预设的工具面角，所述LCD显示器用于实时显示所述电动机的转速数值以及工具面角数值。
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