[实用新型]一种偏心圆筒流变仪的控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及偏心圆筒流变仪，尤其涉及一种偏心圆筒流变仪的控制系统。

背景技术

偏心圆筒流变仪是一种特殊的圆筒式流变仪，其内筒和外筒间偏心度可以调节，相比于常规的流变仪它对于研究聚合物加工过程中同时存在的拉伸和剪切这两种复杂流动的现象具有重要意义，而该流变仪对于实验中内外筒运动的控制精度和协调性具有很高的要求，同时对实验过程中相关数据的采集速度和精度要求很高，而对于该流变仪在实验过程中其偏心度的调节，内外筒的控制以及各个参数的测定，目前尚未出现较好的解决方案。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种偏心圆筒流变仪的控制系统。克服了目前偏心圆筒流变仪数据采集的实时性达不到要求，相关数据采集及控制的精度不够，各个部分控制协调性低，以及实验人员操作不方便等缺点。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种偏心圆筒流变仪的控制系统，包括：

处理器，以及与分别与处理器连接的主机、触摸屏；

用于控制偏心圆筒流变仪的内外筒运转的内外筒运动控制单元；控制单元用于控制流变仪内外筒的间隙调节、偏心度调节和内筒旋转控制；

用于采集偏心圆筒流变仪压力的压力采集单元；

用于采集偏心圆筒流变仪温度的温度采集单元；

用于采集偏心圆筒流变仪扭矩的扭矩采集单元；

所述压力采集单元、温度采集单元和扭矩采集单元，将分别采集到的模拟数据传输给数据采集模块，通过数据采集模块将压力数据、温度数据以及扭矩数据经过模数转换后传输给处理器进行下一步的处理。

所述内外筒运动控制单元包括：光栅读头、步进电机、伺服电机和无刷直流电机；

所述光栅读头与处理器连接；

所述伺服电机与伺服驱动器连接，伺服驱动器通过can总线方式与处理器连接；

无刷直流电机与电机驱动器连接，电机驱动器通过can总线方式与处理器连接；

步进电机由电机驱动模块驱动，电机驱动模块直接与处理器连接。

所述温度采集单元包括加热云母片和热电偶；由处理器经PID控制器控制偏心圆筒流变仪中的温控部分。

所述处理器通过串口RS232分别与主机和触摸屏连接。

所述主机上包括偏心圆筒流变仪测控系统，触摸屏上包括上位机。

一种偏心圆筒流变仪的控制方法，其包括如下控制步骤：

偏心圆筒流变仪温度的闭环控制步骤：

通过增量式PID控制器控制流变仪内外筒温度，加热云母片对偏心圆筒流变仪的内筒模块进行加热，而热电偶实时测量其温度，温度数据由处理器通过数据采集模块采集，从而实现温度的闭环控制；

外筒扭矩及材料压力的采集步骤：

扭矩传感器和压力传感器，分别采集到外筒扭矩和材料内的压力模拟数据后，经过模数转换，并由处理器处理后由串口RS232将数据传输至主机和触摸屏，以便进行下一步处理；

偏心圆筒流变仪内外筒运转控制步骤：

伺服电机由伺服电机驱动器驱动，伺服电机控制内筒的上下移动，伺服电机驱动器通过can总线通讯方式与处理器连接进行数据的交换；

内筒具体位置由光栅尺及光栅读头确定，处理器实时采集光栅读头采集的位置信息，再通过控制电机从而实现内外筒之间的间隙控制；

内筒的旋转则由无刷直流电机控制，同样无刷直流电机由电机驱动器驱动，而电机驱动器通过can总线方式与处理器通讯，进行数据的读取与指令的传输，从而由处理器控制内筒的旋转；

内筒与外筒间的偏心度调节由步进电机来控制，步进电机通过电机驱动器与处理器连接，处理器通过发出脉冲直接控制步进电机，内筒相对外筒偏心的角度由光栅读头读取，处理器读取光栅读头信息，从而实现偏心度的控制。

温度的闭环控制的具体步骤为：

以温度的偏差为输入由处理器通过增量式PID控制器来控制加热云母片加热过程，其中Ts为温度设定值，Ta为实际温度值，Errk＝Ts–Ta为温度设定值与实际值的偏差，Errk-1为上次偏差，Errk-2为前两次偏差，DT＝Kp*Err+Ki*(Errk-2*Errk-1+Errk-2)+Kd*Errk-2；

这里的Kp为设定的比例系数，Ki为设定的积分时间常数，Kd为设定的微分时间常数，最终根据DT的值来调节加热云母片的加热动作，进而实现偏心圆筒流变仪温度的闭环控制。

本实用新型相对于现有技术，具有如下的优点及效果：