CN110151011A - 一种用于低能耗的电机控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于低能耗的电机控制系统，包括电机，该系统还包括刀头连接模块、刀头识别模块、物料分析模块、电机执行模块、人机交互模块、耗能检测模块、效果反馈模块以及共享服务器；实现自动识别物料的种类和重量，给出刀头的选择建议，无需用户选择，方便用户使用。共享服务器生成方便用户使用，能提高搅拌效率，降低能耗的调节指令。电机执行模块根据调节指令自动调节电机的扭矩、转速和搅拌时长，无需用户设定，降低使用难度，方便用户使用。用户选择是否执行手动设置来延长搅拌时间。可实现对于执行记录的修正，以便共享服务器生成更加准确的调节指令。

Description

一种用于低能耗的电机控制系统

技术领域

本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种用于低能耗的电机控制系统。

背景技术

搅拌机中的电机在使用时，通常配备有多种刀头以适配不用的物料，但实际使用时，无法准确了解各种刀头适配哪些物料，容易导致刀头选择错误，进而使得在搅拌时效率下降，达到同样的搅拌效果要比选择合适的刀头耗时更长，且在搅拌时需要时常停止电机以观察搅拌情况，进一步降低搅拌效率，同时耗能也会显著增加。同时现有的搅拌机通常是通过人工选择档位来进行搅拌，而各档位对于不同的物料效率也不同，用户在使用时如何根据物料选择合适的档位也十分的困难，不合适的档位也会降低搅拌的效率，进而增加能耗。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种用于低能耗的电机控制系统。

本发明所要解决的技术问题为：

(1)如何根据待搅拌物料的种类和重量确定使用的刀头，以实现降低操作难度，提高效率，降低能耗的目的。

(2)如何根据待搅拌物料的种类和重量设置电机参数，以实现降低操作难度，提高效率，降低能耗的目的。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种用于低能耗的电机控制系统，包括电机，该系统还包括刀头连接模块、刀头识别模块、物料分析模块、电机执行模块、人机交互模块、耗能检测模块、效果反馈模块以及共享服务器；

所述刀头连接模块设置在电机转轴上，用于实现电机转轴与多种刀头的安装与拆卸；

所述刀头识别模块设置在刀头连接模块的内部，并存储有预设的刀头类型集合K，用于识别安装在电机转轴的刀头类型；

所述物料分析模块还包括AI图像识别单元和重量检测单元，分别用于检测待搅拌物料的种类以及重量；

所述电机执行模块用于将待搅拌物料的种类以及重量发送至共享服务器，若共享服务器返回调节指令，电机执行模块根据调节指令中的推荐扭矩、推荐转速和推荐搅拌时长对电机进行设置后控制电机执行；若共享服务器未返回的调节指令，则提示用户手动设置电机，其中手动设置的参数包括手动设置扭矩、手动设置转速和手动设置时长；

所述人机交互模块用于显示物料分析模块的检测结果、安装在电机转轴上的刀头种类和电机的手动设置菜单；

所述耗能检测模块用于记录并计算搅拌时该系统的平均输入功率；

所述效果反馈模块用于记录手动设置时长和推荐搅拌时长，并与待搅拌物料的种类以及重量、识别的刀头类型、平均输入功率共同构成执行记录，并将执行记录发送至共享服务器；

所述共享服务器还包括数据收发单元和调节指令生成单元，所述数据收发单元用于接收待搅拌物料的种类以及重量和存储执行记录，所述调节指令生成单元用于对待搅拌物料的种类以及重量与存储的执行记录进行比对分析后确定是否生成调节指令，并在生成调节指令后返回至电机执行模块；

其中，调节指令生成单元确定是否生成调节指令以及生成调节指令的具体方法如下：

步骤一、计算上传的各个待搅拌物料的重量比例；

步骤二、所有存储的执行记录中的待搅拌物料的种类与重量比例均相同的执行记录，作为对比组，若不存在对比组，则不生成和返回调节指令；

步骤三、若存在对比组，获取对比组中各执行记录的平均输入功率w，并获取对应的扭矩、转速、各待搅拌物料的重量以及总搅拌时间t₀；其中总搅拌时间t₀为手动设置时长与推荐搅拌时长之和；

步骤四、获取对比组各待搅拌物料的重量与上传的各个待搅拌物料的重量的比值n，根据公式T＝t₀/n，计算搅拌时间T；

步骤五、根据公式E＝T*W计算按对比组中各执行记录设置参数时对应的预计耗能E，并获取E值最小的执行记录中的扭矩和转速；

步骤六、将步骤四中获得的搅拌时间作为推荐搅拌时间，步骤五中获得的扭矩和转速作为推荐扭矩和推荐转速，并将推荐搅拌时间、推荐扭矩和推荐转速打包生成调节指令。

进一步的，所述共享服务器还储存有预设的对应各刀头类型且相互独立的适配物料库L_i；

所述效果反馈模块生成执行记录的生成步骤如下：

S1、通过AI图像识别单元检测待搅拌物料的种类和重量检测单元检测各个待搅拌物料的重量，并记为种类集合S和对应的重量集合G；

S2、通过刀头识别模块根据种类集合S与各个刀头类型对应的适配物料库L_i进行比对，选择种类集合S与适配物料库L_i相同元素数量最多的适配物料库L_i对应的刀头k_i作为搅拌刀头，并在完成安装后刀头识别模块识别并记录为刀头类型k_i；

S3、若电机执行模块未接收到返回的调节指令，则推荐搅拌时长记为0，并在用户完成手动设置后电机执行手动设置，

若电机执行模块接收到调节指令，则电机优先执行调节指令，在调节指令执行完后，再执行手动设置，若未进行手动设置，则手动设置时长记为0，且电机在执行调节指令或手动设置时，耗能检测模块均记录平均输入功率；

S4、将种类集合S、重量集合G、刀头类型k_i、平均输入功率、推荐搅拌时长、手动设置时长打包为执行记录上传至共享服务器。

进一步的，在S2中，若种类集合S与适配物料库L_i相同元素数量最多的适配物料库L_i对应的刀头类型有多个时，根据预设的刀头优先级从中选择优先级最高的刀头k_i作为搅拌刀头。

进一步的，所述电机设置有高级模式和预设模式，在高级模式和预设模式下，电机不执行调节指令只执行手动设置；且在预设模式下，手动设置中的手动设置扭矩、手动设置转速和手动设置时长根据刀头识别模块识别出的刀头类型，选择刀头类型对应的预设扭矩、预设转速以及预设时长。

本发明的有益效果：

(1)在搅拌物料时，通过物料分析模块实现自动识别物料的种类和重量，并通过刀头识别模块给出刀头的选择建议，无需用户选择，方便用户使用。

(2)共享服务器经与所有执行记录进行对比、分析、计算后，生成方便用户使用，能提高搅拌效率，降低能耗的调节指令。电机执行模块根据调节指令自动调节电机的扭矩、转速和搅拌时长，无需用户设定，降低使用难度，方便用户使用。

(3)在执行完调节指令后，用户可根据搅拌效果，选择是否执行手动设置来延长搅拌时间，并在完成手动设置后，生成执行记录，上传至共享服务器。可实现对于执行记录的修正，以便共享服务器生成更加准确的调节指令。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的系统框图。

具体实施方式

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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，本实施例提供了一种用于低能耗的电机控制系统，包括电机，该系统还包括刀头连接模块、刀头识别模块、物料分析模块、电机执行模块、人机交互模块、耗能检测模块、效果反馈模块以及共享服务器；

刀头连接模块设置在电机转轴上，用于实现电机转轴与多种刀头的安装与拆卸；采用螺纹或卡扣实现刀头的可拆卸。

刀头识别模块设置在刀头连接模块的内部，并存储有预设的刀头类型集合K＝{k₁，k₂，…，k_i，…，k_j}，用于识别安装在电机转轴的刀头类型；其中k_i表示第i种刀头，不同的刀头适用于不同的物料，如k₁适用于液体的搅拌，k₂适用于固体的粉碎和搅拌。将RFID标签设置在刀头内部，并在刀头识别模块中设置标签读写器来实现刀头的识别。

物料分析模块还包括AI图像识别单元和重量检测单元，分别用于检测待搅拌物料的种类以及重量；通过在倒入物料前，采集物料的图像，并通过ai图像识别算法识别出物料的种类，如液体或固体等，为现有技术，同时测量各个物料的重量，方便后期比例的计算。

电机执行模块用于将待搅拌物料的种类以及重量发送至共享服务器，若共享服务器返回调节指令，电机执行模块根据调节指令中的推荐扭矩、推荐转速和推荐搅拌时长对电机进行设置后控制电机执行；若共享服务器未返回的调节指令，则提示用户手动设置电机，其中手动设置的参数包括手动设置扭矩、手动设置转速和手动设置时长；对于不同的物料，只有设置合适扭矩和转速才能够保证搅拌效果同时避免反复开关电机和提高搅拌效率，进而实现降低能耗的目的。

人机交互模块用于显示物料分析模块的检测结果、安装在电机转轴上的刀头种类和电机的手动设置菜单；对于物料分析模块未检测出或是检测有误，可以通过人机交互模块进行确定和手动修改，人机交互模块采用触摸屏。

耗能检测模块用于记录并计算搅拌时该系统的平均输入功率；由于存在能量损耗，因此系统整体的输入功率与电机的输出功率不一致，要降低能耗，标准应参考消耗的电能。

效果反馈模块用于记录手动设置时长和推荐搅拌时长，并与待搅拌物料的种类以及重量、识别的刀头类型、平均输入功率共同构成执行记录，并将执行记录发送至共享服务器；在执行完调节指令后，用户可根据实际搅拌效果选择是否延长搅拌时间，若搅拌效果未达标准，则说明需要对调节指令存在偏差，在记录成执行记录时，需要将手动设置时长和推荐搅拌时长的和作为真正的搅拌时间。通过大量用户的使用，产生了大量的执行记录，在用户使用时，可根据不同用户的执行记录进行对比，获取整体耗能最低的电机参数的设置方法，即方便了用户使用，还能减少电机开关的次数，缩短搅拌时间以及降低整体耗能

效果反馈模块生成执行记录的生成步骤如下：

S1、通过AI图像识别单元检测待搅拌物料的种类和重量检测单元检测各个待搅拌物料的重量，并记为种类集合S＝{s₁，s₂，…，s_m，…，s_n}和对应的重量集合G＝{g₁，g₂，…，g_m，…，g_n}；其中n表示共有n个待搅拌物料，s_m表示第m个待搅拌物料，g_m表示第m个待搅拌物料的重量。

S2、通过刀头识别模块根据种类集合S与各个刀头类型对应的适配物料库L_i进行比对，有n个刀头，就有n个L_i，其中L_i表示第i个刀头对应的适配物料库，并表示为L_i＝{lⁱ ₁，lⁱ ₂，…，lⁱ _p，…，lⁱ _q}，其中q表示共有q个物料，lⁱ _p表示第i个刀头的适配物料库中的第p个物料，选择种类集合S与适配物料库L_i相同元素数量最多的适配物料库L_i对应的刀头k_i作为搅拌刀头，并在完成安装后刀头识别模块识别并记录为刀头类型k_i；如种类集合S共有3个物料，其中两个属于适配物料库L₁，另一个属于适配物料库L₂，则此时由于适配物料库L₁的匹配度更高，因此选择k₂刀头，在S2中，若种类集合S与适配物料库L_i相同元素数量最多的适配物料库L_i对应的刀头类型有多个时，根据预设的刀头优先级从中选择优先级最高的刀头k_i作为搅拌刀头，刀头优先级的确定根据各刀头的适用范围大小确定，适用范围越大，优先级越高，如无锯齿的刀头无法实现固体的粉碎和搅拌，而带锯齿的刀头即可粉碎又可搅拌，因此带锯齿的刀头的优先级要高于无锯齿的刀头。

S3、在默认模式下，若电机执行模块未接收到返回的调节指令，说明未找到匹配的执行记录，因此需要手动设置，则推荐搅拌时长记为0，并在用户完成手动设置后电机执行手动设置；

若电机执行模块接收到调节指令，说明有别的用户上传执行记录，则电机优先执行调节指令，在调节指令执行完后，根据用户的需要，可再执行手动设置，若未进行手动设置，则手动设置时长记为0，且电机在执行调节指令或手动设置时，耗能检测模块均记录平均输入功率；

S4、将种类集合S、重量集合G、刀头类型k_i、平均输入功率、推荐搅拌时长、手动设置时长打包为执行记录上传至共享服务器。

共享服务器还包括数据收发单元和调节指令生成单元，数据收发单元用于接收待搅拌物料的种类以及重量和存储执行记录，调节指令生成单元用于对待搅拌物料的种类以及重量与存储的执行记录进行比对分析后确定是否生成调节指令，并在生成调节指令后返回至电机执行模块；共享服务器还储存有预设的对应各刀头类型且相互独立的适配物料库L_i＝{lⁱ ₁，lⁱ ₂，…，lⁱ _p，…，lⁱ _q}。

其中，调节指令生成单元确定是否生成调节指令以及生成调节指令的具体方法如下：

步骤一、计算上传的各个待搅拌物料的重量比例；物料的种类和重量比例是选择电机参数的关键，只有具有相同的物料种类和重量比例才具有参考价值。

步骤二、所有存储的执行记录中的待搅拌物料的种类与重量比例均相同的执行记录，作为对比组，若不存在对比组，则不生成和返回调节指令；

步骤三、若存在对比组，获取对比组中各执行记录的平均输入功率w，并获取对应的扭矩、转速、各待搅拌物料的重量以及总搅拌时间t₀；其中总搅拌时间t₀为手动设置时长与推荐搅拌时长之和；

步骤四、获取对比组各待搅拌物料的重量与上传的各个待搅拌物料的重量的比值n，根据公式T＝t₀/n，计算搅拌时间T；

步骤五、根据公式E＝T*W计算按对比组中各执行记录设置参数时对应的预计耗能E，并获取E值最小的执行记录中的扭矩和转速；

步骤六、将步骤四中获得的搅拌时间作为推荐搅拌时间，步骤五中获得的扭矩和转速作为推荐扭矩和推荐转速，并将推荐搅拌时间、推荐扭矩和推荐转速打包生成调节指令。

上述的方案基于默认模式下，电机设置有高级模式和预设模式，与默认模式的区别在于，而在高级模式和预设模式下，电机不执行调节指令只执行手动设置；给于用户更高的调节权限，且在预设模式下，为了保证若没有调节指令返回，而又无需单独设置时的模式，此模式的手动设置中的手动设置扭矩、手动设置转速和手动设置时长根据刀头识别模块识别出的刀头类型，选择刀头类型对应的预设扭矩、预设转速以及预设时长，无需用户设置，简化操作，方便使用。

本实施例的具体工作过程如下：

1)物料分析模块确定待搅拌物料的种类和重量；

2)刀头识别模块根据待搅拌物料的种类和重量确定使用的刀头；

3)安装刀头的同时，电机执行模块将待搅拌物料的种类和重量发送至共享服务器，共享服务器经与所有执行记录进行对比、分析、计算后，生成方便用户使用，能提高搅拌效率，降低能耗的调节指令；

4)电机执行模块根据调节指令确定电机的扭矩，转速和搅拌时间，在执行完调节指令后，用户根据实际需要，选择是否执行手动设置来延长搅拌时间，并在完成手动设置后，生成执行记录，上传至共享服务器。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于低能耗的电机控制系统，包括电机，其特征在于，该系统还包括刀头连接模块、刀头识别模块、物料分析模块、电机执行模块、人机交互模块、耗能检测模块、效果反馈模块以及共享服务器；

所述刀头连接模块设置在电机转轴上，用于实现电机转轴与多种刀头的安装与拆卸；

所述刀头识别模块设置在刀头连接模块的内部，并存储有预设的刀头类型集合K，用于识别安装在电机转轴的刀头类型；

所述物料分析模块还包括AI图像识别单元和重量检测单元，分别用于检测待搅拌物料的种类以及重量；

所述电机执行模块用于将待搅拌物料的种类以及重量发送至共享服务器，若共享服务器返回调节指令，电机执行模块根据调节指令中的推荐扭矩、推荐转速和推荐搅拌时长对电机进行设置后控制电机执行；若共享服务器未返回的调节指令，则提示用户手动设置电机，其中手动设置的参数包括手动设置扭矩、手动设置转速和手动设置时长；

所述人机交互模块用于显示物料分析模块的检测结果、安装在电机转轴上的刀头种类和电机的手动设置菜单；

所述耗能检测模块用于记录并计算搅拌时该系统的平均输入功率；

所述效果反馈模块用于记录手动设置时长和推荐搅拌时长，并与待搅拌物料的种类以及重量、识别的刀头类型、平均输入功率共同构成执行记录，并将执行记录发送至共享服务器；

所述共享服务器还包括数据收发单元和调节指令生成单元，所述数据收发单元用于接收待搅拌物料的种类以及重量和存储执行记录，所述调节指令生成单元用于对待搅拌物料的种类以及重量与存储的执行记录进行比对分析后确定是否生成调节指令，并在生成调节指令后返回至电机执行模块；

其中，调节指令生成单元确定是否生成调节指令以及生成调节指令的具体方法如下：

步骤一、计算上传的各个待搅拌物料的重量比例；

步骤二、所有存储的执行记录中的待搅拌物料的种类与重量比例均相同的执行记录，作为对比组，若不存在对比组，则不生成和返回调节指令；

步骤三、若存在对比组，获取对比组中各执行记录的平均输入功率w，并获取对应的扭矩、转速、各待搅拌物料的重量以及总搅拌时间t0；其中总搅拌时间t0为手动设置时长与推荐搅拌时长之和；

步骤四、获取对比组各待搅拌物料的重量与上传的各个待搅拌物料的重量的比值n，根据公式T＝t0/n，计算搅拌时间T；

步骤五、根据公式E＝T*W计算按对比组中各执行记录设置参数时对应的预计耗能E，并获取E值最小的执行记录中的扭矩和转速；

步骤六、将步骤四中获得的搅拌时间作为推荐搅拌时间，步骤五中获得的扭矩和转速作为推荐扭矩和推荐转速，并将推荐搅拌时间、推荐扭矩和推荐转速打包生成调节指令。

2.根据权利要求1所述的一种用于低能耗的电机控制系统，其特征在于，所述共享服务器还储存有预设的对应各刀头类型且相互独立的适配物料库Li；

所述效果反馈模块生成执行记录的生成步骤如下：

S1、通过AI图像识别单元检测待搅拌物料的种类和重量检测单元检测各个待搅拌物料的重量，并记为种类集合S和对应的重量集合G；

S2、通过刀头识别模块根据种类集合S与各个刀头类型对应的适配物料库Li进行比对，选择种类集合S与适配物料库Li相同元素数量最多的适配物料库Li对应的刀头作为搅拌刀头，并在完成安装后刀头识别模块识别并记录为刀头类型；

S3、若电机执行模块未接收到返回的调节指令，则推荐搅拌时长记为0，并在用户完成手动设置后电机执行手动设置；

若电机执行模块接收到调节指令，则电机优先执行调节指令，在调节指令执行完后，再执行手动设置，若未进行手动设置，则手动设置时长记为0，且电机在执行调节指令或手动设置时，耗能检测模块均记录平均输入功率；

S4、将种类集合S、重量集合G、刀头类型、平均输入功率、推荐搅拌时长、手动设置时长打包为执行记录上传至共享服务器。

3.根据权利要求2所述的一种用于低能耗的电机控制系统，其特征在于，在S2中，若种类集合S与适配物料库Li相同元素数量最多的适配物料库Li对应的刀头类型有多个时，根据预设的刀头优先级从中选择优先级最高的刀头ki作为搅拌刀头。

4.根据权利要求1所述的一种用于低能耗的电机控制系统，其特征在于，所述电机设置有高级模式和预设模式，在高级模式和预设模式下，电机不执行调节指令只执行手动设置；且在预设模式下，手动设置中的手动设置扭矩、手动设置转速和手动设置时长根据刀头识别模块识别出的刀头类型，选择刀头类型对应的预设扭矩、预设转速以及预设时长。