基于旋转编码器进行反馈控制的轴承自润滑方法及其装置

摘要

本发明基于旋转编码器进行反馈控制的轴承自润滑方法及其装置，具体指一种基于旋转编码器对主轴转速进行测量，进行反馈控制以轴承为支承的自动润滑的方法及装置，涉及轴系结构自动润滑的技术领域。本发明采用闭环控制方法，根据轴承润滑程度引起主轴转速变化情况，通过对以旋转编码器对主轴的转速进行实时检测，据此对轴承润滑程度进行识别，以此作为反馈信号，同时根据注油量与步进电机旋转角度之间的关系，控制步进电机的转角，进而驱动自动注油器及时进行润滑油的加注。本发明装置具有结构简单，制造方便，成本低廉，测量精度高；软件设计独立，基于51单片机的C程序扩展性好，移植方便等特点。

主权项

一种基于旋转编码器进行反馈控制的轴承自润滑方法，其特征是，包括：A.依据主轴转速估计轴承润滑程度的关系；B.实时轴承润滑程度的识别；C.根据所获得的转速与油膜厚度测量数据，按模糊曲线拟合方法，建立模糊关系数学模型；D.根据模糊控制原理，进行轴承润滑程度模糊估计和注油量模糊决策；E.根据注油量与步进电机旋转角度之间的关系，控制步进电机的转角，进而驱动注油器注入相应的润滑油量；所述A.根据主轴转速估计轴承润滑程度的关系：基于主轴转速与轴承润滑程度，它们之间存在用数学模型表达的关系，其数学模型通过实验观测主轴转速与轴承润滑程度的数据建立，当轴承弹性变形不大时，静摩擦力与转速之间具有正比关系，即F(k)＝α+βv(k)     (1)其中，α，β为系数，v为转速rad/s；而在转速相对恒定的情况下，润滑度与静摩擦力大小成反比，即润滑度低，静摩擦力大；利用模糊曲线拟合方法建立这种模型，以建立转速与润滑度的关系，即T(k)＝f(T(k‑1),v(k‑1))     (2)其中，T为轴承油膜厚度μm，反映润滑度，f(.)表示输入输出的一种映射关系，表明油膜厚度变化是个动态过程，当前时刻油膜厚度与前一时刻油膜厚度和速度变化有关；所述B.实时轴承润滑程度的识别：依据转速运行进入稳态时，如果在其他主要运行条件不变的情况下，在给定输入下，如果现测转速与原来所测转速有一定变化，则停机，测取此时油膜厚度，分别记录转速和油膜厚度测量数据；然后再重新运行，如果转速进入稳态后，发现在给定输入和其他运行条件不变情况下，现测转速值异于原测值，则重复上述步骤，获得相应的转速和油膜厚度测量数据；所述C.根据所获得的转速与油膜厚度测量数据，按模糊曲线拟合方法，建立模糊关系数学模型：通过测量轴承转速变化达到稳态时，测取相对应油膜厚度，由于测量油膜厚度无法在线进行，故而进行离线测量，这时采集的数据，通过模糊曲线拟合方法，建立油膜厚度与转速之间的函数关系：设转速最大和最小值分别为v_max和v_min,则转速的模糊变量转换按获得，而油膜厚度也可设最大和最小厚度值分别为T_max和T_min,则油膜厚度的模糊变量转换可以按得到，这种模糊拟合关系呈：T_f(k)＝Int(aT_f(k‑1)+(1‑a)V(k‑1))    (3)在公式(3)描述的变化曲线中，其中0<a<1是加权系数，Int(.)为取整运算，从而获得油膜厚度与转速之间的关系；其中，k为采样时间；B_v,A_v和B_s,A_s分别为速度和油膜厚度模糊量化的上、下界值；V为模糊量化后的速度；T_f为模糊量化后的油膜厚度；M为注油量的模糊量化值；m为反模糊化得到的准确注油量；i为查询模糊控制表所得的模糊变量的指标；所述D.根据模糊控制原理，进行润滑程度模糊估计和注油量模糊决策：根据公式(3)估计油膜厚度，即润滑程度T_f(k)，然后根据润滑操作经验确定注油器的注油刻度M(k)，其对应步进电机转动的角度，其中，隶属函数取三角函数，其控制规则为：If T_f(k)＝PB then M(k)＝Z elseIf T_f(k)＝PM then M(k)＝S elseIf T_f(k)＝PS then M(k)＝M elseIf T_f(k)＝Z then M(k)＝B其中，PB、PM、PS、Z分别表示正大、正中、正小和零；BMSZ则分别表示大、中、小、零；根据隶属函数获得相应的控制规则表：T_fPBPMPSZMZSMB从而根据油膜厚度模糊估计量查表获得相应的模糊注油量，经过加权平均法：进行反模糊化从而获得准确的注油量，其中为隶属度值，M_i为与对应的模糊注油量值；所述E.最后通过θ(k)＝Km(k)      (5)获得相应的步进电机转角控制信号，其中K为注油量与步进电机转角控制信号之间的比例系数。