CN116961501A - 一种磁驱摇床控制器、控制方法及磁驱摇床 - Google Patents

一种磁驱摇床控制器、控制方法及磁驱摇床 Download PDF

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CN116961501A CN202311015042.8A CN202311015042A CN116961501A CN 116961501 A CN116961501 A CN 116961501A CN 202311015042 A CN202311015042 A CN 202311015042A CN 116961501 A CN116961501 A CN 116961501A
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    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

本发明揭示了一种磁驱摇床控制器、控制方法及磁驱摇床，所述磁驱摇床控制器包括运动转子、第一定子绕组、第二定子绕组、S极磁场强度传感器和N极磁场强度传感器；第一定子绕组中的两个定子对称设置设在运动转子外；第二定子绕组中的两个定子对称设置设在运动转子外；第一定子绕组和第二定子绕组均用于产生磁场，并通过磁场作用至运动转子的磁极；S极磁场强度传感器和N极磁场强度传感器设置在与运动转子中相邻磁极的位置处，且设置在第一定子绕组和第二定子绕组之间。本发明能够控制单位时间运动转子扫过的面积，从而能够实现试剂或培养液离心力大小的控制，且成本较低，有利于产品的竞争力。

Description

一种磁驱摇床控制器、控制方法及磁驱摇床
技术领域
本发明涉及离心设备制造领域，特别是涉及一种磁驱摇床控制器、控制方法及磁驱摇床。
背景技术
目前，在实验室中，通常采用一种离心设备来实现试剂或培养液的离心操作，但是现有技术中的离心设备只能够简单的实现试剂或培养液等物料的离心操作，无法根据需求来实现对试剂或培养液等物料离心力大小的控制；或者现有技术中的离心设备即使能够实现对试剂或培养液等物料离心力大小的控制，但是实现的成本较高，不利于产品的竞争力。
为此，亟需提出一种磁驱摇床控制器、控制方法及磁驱摇床，以有效解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种磁驱摇床控制器、控制方法及磁驱摇床，能够控制单位时间运动转子扫过的面积，从而能够实现物料离心力大小的控制，且成本较低，有利于产品的竞争力。
为解决上述技术问题，本发明提供一种磁驱摇床控制器，包括运动转子、第一定子绕组、第二定子绕组、S极磁场强度传感器和N极磁场强度传感器；
所述第一定子绕组中的两个定子对称设置设在所述运动转子外；所述第二定子绕组中的两个定子对称设置设在所述运动转子外；所述第一定子绕组和第二定子绕组均用于产生磁场，并通过磁场作用至所述运动转子的磁极；
所述S极磁场强度传感器和N极磁场强度传感器设置在与所述运动转子中相邻磁极的位置处，且设置在所述第一定子绕组和第二定子绕组之间；所述S极磁场强度传感器和N极磁场强度传感器均用于检测所述运动转子的磁场强度信号。
进一步的，所述磁极的数量为五对。
进一步的，所述第一定子绕组和第二定子绕组的电角度为180度，且机械角度为90度。
进一步的，所述S极磁场强度传感器和N极磁场强度传感器的电角度为180度，且机械角度为36度。
此外，本发明还提出一种磁驱摇床控制方法，用于控制如上述所述的磁驱摇床控制器，包括如下步骤：
S1、S极磁场强度传感器和N极磁场强度传感器分别检测相邻的运动转子的N磁极和S磁极的磁场强度信号；
S2、根据检测到的磁场强度信号获得所述运动转子的运动轨迹，并计算出单位时间内所述运动转子扫过的面积；
S3、根据所述运动转子扫过的面积通过驱动第一定子绕组和第二定子绕组实现对所述运动转子的实时调节，以获得物料所需的离心力。
进一步的，在步骤S3中，包括：
S300、将离心力指令转换为面积指令：F(n)→Si(n)其中，F(n)为时间节点n阶段的离心力指令，Si(n)为时间节点n阶段经过转换后的面积值指令；
S301、以面积指令和面积反馈作为输入变量进行的面积控制算法；
S302、将所述面积控制算法输出值转换为正交的两路控制信号，以分别驱动第一定子绕组和第二定子绕组。
进一步的，在步骤S302中，包括：
e(n)＝Si(n)-SF(n)；
OUT(n)＝A*e(n)-B*e(n-1)+OUT(n-1)；
OUTd(n)＝OUT(n)*Ad；
OUTq(n)＝OUT(n)*Aq；
其中，e(n)为面积指令和面积反馈的误差量，S为面积，OUT(n)为算法输出值，A和B为普通常量参数，e(n-1)为第n次的前一次误差量，OUT(n-1)为第n次的前一次算法输出值，OUTd(n)和OUTq(n)均为正交分量，Ad和Aq分别为正交的两个变量参数；
由OUT(n)获取一对正交分量OUTd(n)和OUTq(n)，分别驱动所述第一定子绕组和第二定子绕组。
此外，本发明还提出一种磁驱摇床，采用如上述所述的磁驱摇床控制方法，所述磁驱摇床用于培养试剂或培养液。
通过上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
通过运动转子、第一定子绕组、第二定子绕组、S极磁场强度传感器和N极磁场强度传感器的设置，以及第一定子绕组中的两个定子对称设置设在运动转子外；第二定子绕组中的两个定子对称设置设在运动转子外；第一定子绕组和第二定子绕组均用于产生磁场，并通过磁场作用至运动转子的磁极；S极磁场强度传感器和N极磁场强度传感器设置在与运动转子中相邻磁极的位置处，且设置在第一定子绕组和第二定子绕组之间；S极磁场强度传感器和N极磁场强度传感器均用于检测运动转子的磁场强度信号。本装置能够计算出单位时间运动转子扫过的面积，根据运动转子扫过的面积通过驱动第一定子绕组和第二定子绕组实现对运动转子的实时调节，以获得物料所需的离心力，从而达到上机要求，且成本较低，有利于产品的竞争力。本装置与方法不仅实现了离心力控制高精度，且具有低过冲和快速响应等特点。
附图说明
图1为本发明一实施例中磁驱摇床控制器的结构示意图；
图2为本发明一实施例中磁驱摇床控制方法的实际单位时间扫过面积检测的示意图；
图3为本发明一实施例中磁驱摇床控制方法的面积控制算法控制离心力的示意图；
图4为本发明一实施例中磁驱摇床控制方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的一种磁驱摇床控制器、控制方法及磁驱摇床进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，本发明实施例提出了一种磁驱摇床控制器，包括运动转子、第一定子绕组、第二定子绕组、S极磁场强度传感器和N极磁场强度传感器。
具体的，所述第一定子绕组中的两个定子对称设置设在所述运动转子外；所述第二定子绕组中的两个定子对称设置设在所述运动转子外；所述第一定子绕组和第二定子绕组均用于产生磁场，并通过磁场作用至所述运动转子的磁极；所述S极磁场强度传感器和N极磁场强度传感器设置在与所述运动转子中相邻磁极的位置处，且设置在所述第一定子绕组和第二定子绕组之间；所述S极磁场强度传感器和N极磁场强度传感器均用于检测所述运动转子的磁场强度信号。
在一具体示例中，可继续参考图1所示，所述运动转子用来承载试剂和培养液等物料，本装置工作时，通过运动转子的运动，带动试剂或培养液等物料一起运动，以达到控制试剂或培养液等物料按指定的离心力运动的目的。
在本实施例中，第一定子绕组和第二定子绕组通过磁场作用到运动转子的五对磁极，磁场的变化快慢和大小通过运动转子最终作用到试剂或培养液等物料，实现控制试剂或培养液等物料的运动离心力的大小和变化快慢等。
在本实施例中，S极磁场强度传感器和N极磁场强度传感器均采用了和运动转子内嵌磁极相同机械角度的方法，可分别检测运动转子N磁极和S磁极的磁场强度信号，由于磁场强度的大小直接和离开传感器的距离以及磁极运动速度等有关联，所以通过检测磁场强度可以间接的测算到运动转子的运动轨迹，并计算出单位时间运动转子扫过的面积。
优选的，可继续参考图1所示，所述磁极的数量为五对。其中，每一对磁极包括相邻的N磁极和S磁极。
在本实施例中，所述第一定子绕组和第二定子绕组的电角度为180度，且机械角度为90度。如图1中A+、A-、B+和B-均为定子，且A+与A-组成第一定子绕组，B+和B-组成第二定子绕组。
在一具体示例中，所述S极磁场强度传感器和N极磁场强度传感器的电角度为180度，且机械角度为36度。如图1中的含N极的四边形为只对N极敏感的磁场强度传感器，含S极的四边形为只对S极敏感的磁场强度传感器。
此外，如图2-图4所示，本实施例还提出一种磁驱摇床控制方法，用于控制如上述所述的磁驱摇床控制器，包括如下步骤：
S1、S极磁场强度传感器和N极磁场强度传感器分别检测相邻的运动转子的N磁极和S磁极的磁场强度信号；
S2、根据检测到的磁场强度信号获得所述运动转子的运动轨迹，并计算出单位时间内所述运动转子扫过的面积；
S3、根据所述运动转子扫过的面积通过驱动第一定子绕组和第二定子绕组实现对所述运动转子的实时调节，以获得物料所需的离心力。
在本实施例中，可继续参考图2所示，在步骤S2中，包括：通过两个电角度180度和机械角度36度的磁场强度传感器，以及通过软件模型，以获取所述运动转子单位时间扫过的面积。因此，本实施例能够解决其他检测方案例如CCD检测面积法对环境要求高等缺点，能够在震动环境和有雾气等环境下可靠工作，且成本也相对较低。
在本实施例中，在步骤S3中，包括：
S300、将离心力指令转换为面积指令：F(n)→Si(n)其中，F(n)为时间节点n阶段的离心力指令，Si(n)为时间节点n阶段经过转换后的面积值指令；
S301、以面积指令和面积反馈作为输入变量进行的面积控制算法；
S302、将所述面积控制算法输出值转换为正交的两路控制信号，以驱动第一定子绕组和第二定子绕组。
进一步的，在步骤S302中，包括：
e(n)＝Si(n)-SF(n)；
OUT(n)＝A*e(n)-B*e(n-1)+OUT(n-1)；
OUTd(n)＝OUT(n)*Ad；
OUTq(n)＝OUT(n)*Aq；
其中，e(n)为面积指令和面积反馈的误差量，S为面积，OUT(n)为算法输出值，A和B为普通常量参数，e(n-1)为第n次的前一次误差量，OUT(n-1)为第n次的前一次算法输出值，OUTd(n)和OUTq(n)均为正交分量，Ad和Aq分别为正交的两个变量参数。
由OUT(n)获取一对正交分量OUTd(n)和OUTq(n)，分别驱动所述第一定子绕组和第二定子绕组。
在本实施例中，步骤S300是确保可以通过面积控制法实现对离心力控制的基本保障。步骤S301是面积控制法的控制算法实施。另外，步骤S302是把面积控制法落实到磁驱摇床控制器的实施手段。通过这三个步骤的结合，能够通过把离心力的控制要求转换为面积指令，再通过控制算法和输出正交的驱动定子绕组信号，实现了实际扫过的面积和面积指令的同步，从而实现了按上位机要求的离心力施加到试剂或培养液等物料。
另外，本实施例还提出一种磁驱摇床，采用如上述所述的磁驱摇床控制方法，所述磁驱摇床用于培养试剂或培养液。本装置只针对于试剂或培养液离心力的控制，由于本装置不仅实现了离心力控制高精度，且具有低过冲和快速响应等特点，从而能够更适用于试剂或培养液。通过本装置能够计算出单位时间运动转子扫过的面积，获取试剂或培养液所需的离心力，从而使得试剂或培养液的离心力达到符合上位机的要求。
在本实施方式中，S极磁场强度传感器和N极磁场强度传感器分别检测相邻的运动转子的N磁极和S磁极的磁场强度信号；根据检测到的磁场强度信号获得所述运动转子的运动轨迹，并计算出单位时间内所述运动转子扫过的面积；根据所述运动转子扫过的面积通过驱动第一定子绕组和第二定子绕组实现对所述运动转子的实时调节，以获得物料所需的离心力。
综上所述，本发明提出的一种磁驱摇床控制器、控制方法及磁驱摇床，具有如下优势：
通过运动转子、第一定子绕组、第二定子绕组、S极磁场强度传感器和N极磁场强度传感器的设置，以及第一定子绕组中的两个定子对称设置设在运动转子外；第二定子绕组中的两个定子对称设置设在运动转子外；第一定子绕组和第二定子绕组均用于产生磁场，并通过磁场作用至运动转子的磁极；S极磁场强度传感器和N极磁场强度传感器设置在与运动转子中相邻磁极的位置处，且设置在第一定子绕组和第二定子绕组之间；S极磁场强度传感器和N极磁场强度传感器均用于检测运动转子的磁场强度信号。本装置能够计算出单位时间运动转子扫过的面积，根据运动转子扫过的面积通过驱动第一定子绕组和第二定子绕组实现对运动转子的实时调节，以获得物料所需的离心力，从而达到上机要求，且成本较低，有利于产品的竞争力。本装置与方法不仅实现了离心力控制高精度，且具有低过冲和快速响应等特点。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种磁驱摇床控制器，其特征在于，包括运动转子、第一定子绕组、第二定子绕组、S极磁场强度传感器和N极磁场强度传感器；
所述第一定子绕组中的两个定子对称设置设在所述运动转子外；所述第二定子绕组中的两个定子对称设置设在所述运动转子外；所述第一定子绕组和第二定子绕组均用于产生磁场，并通过磁场作用至所述运动转子的磁极；
所述S极磁场强度传感器和N极磁场强度传感器设置在与所述运动转子中相邻磁极的位置处，且设置在所述第一定子绕组和第二定子绕组之间；所述S极磁场强度传感器和N极磁场强度传感器均用于检测所述运动转子的磁场强度信号。
2.如权利要求1所述的磁驱摇床控制器，其特征在于，所述磁极的数量为五对。
3.如权利要求1所述的磁驱摇床控制器，其特征在于，所述第一定子绕组和第二定子绕组的电角度为180度，且机械角度为90度。
4.如权利要求1所述的磁驱摇床控制器，其特征在于，所述S极磁场强度传感器和N极磁场强度传感器的电角度为180度，且机械角度为36度。
5.一种磁驱摇床控制方法，用于控制如权利要求1-4中任一项所述的磁驱摇床控制器，其特征在于，包括如下步骤：
S1、S极磁场强度传感器和N极磁场强度传感器分别检测相邻的运动转子的N磁极和S磁极的磁场强度信号；
S2、根据检测到的磁场强度信号获得所述运动转子的运动轨迹，并计算出单位时间内所述运动转子扫过的面积；
S3、根据所述运动转子扫过的面积通过驱动第一定子绕组和第二定子绕组实现对所述运动转子的实时调节，以获得物料所需的离心力。
6.如权利要求5所述的磁驱摇床控制方法，其特征在于，在步骤S3中，包括：
S300、将离心力指令转换为面积指令：F(n)→Si(n)其中，F(n)为时间节点n阶段的离心力指令，Si(n)为时间节点n阶段经过转换后的面积值指令；
S301、以面积指令和面积反馈作为输入变量进行的面积控制算法；
S302、将所述面积控制算法输出值转换为正交的两路控制信号，以分别驱动第一定子绕组和第二定子绕组。
7.如权利要求6所述的磁驱摇床控制方法，其特征在于，在步骤S302中，包括：
e(n)＝Si(n)-SF(n)；
OUT(n)＝A*e(n)-B*e(n-1)+OUT(n-1)；
OUTd(n)＝OUT(n)*Ad；
OUTq(n)＝OUT(n)*Aq；
其中，e(n)为面积指令和面积反馈的误差量，S为面积，OUT(n)为算法输出值，A和B为普通常量参数，e(n-1)为第n次的前一次误差量，OUT(n-1)为第n次的前一次算法输出值，OUTd(n)和OUTq(n)均为正交分量，Ad和Aq分别为正交的两个变量参数；
由OUT(n)获取一对正交分量OUTd(n)和OUTq(n)，分别驱动所述第一定子绕组和第二定子绕组。
8.一种磁驱摇床，采用如权利要求5-7中任一项所述的磁驱摇床控制方法，其特征在于，所述磁驱摇床用于培养试剂或培养液。
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