多传感器数据融合在机电一体化自动控制中的应用
方圆
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方圆,. 多传感器数据融合在机电一体化自动控制中的应用[J]. 传感器研究,2023.2. DOI:10.12721/ccn.2023.157015.
摘要: 相比于过往年代,现如今我国国家整体实力有了质的飞跃,各个领域也都在持续发展。近几年,机电一体化领域是的发展尤为迅速,多传感器数据融合在其中有着较好的应用。对此,本文围绕多传感器数据融合展开分析,先简单阐明其技术原理与主要内容,再分析多传感器数据融合在机电一体化自动控制中的应用,通过设定电动机转速参数、计算电动机转速、确定电动机电压与频率、多因素检测,顺利完成其融合设计,最后开展自动控制技术实验,通过对比应用分析,表明多传感器数据融合下的机电一体化自动控制系统运行效率更高。
关键词: 多传感器数据融合;机电一体化;自动控制
DOI:10.12721/ccn.2023.157015
基金资助:

在机电一体化自动控制中,多传感器数据融合技术的应用显得极为关键,其中自动化控制技术起着很大的作用。通过加强自动化控制技术应用,其机电一体化运行效率明显有所提升,便于获得技术支持,提高工业生产力,更好地推进工业建设与发展。因此,加强多传感器数据融合是有效的技术措施,便于强化机电一体化自动控制。但是,如何有效设计和应用多传感器数据融合技术成为人们关注的焦点,这就不得不需要关注其技术原理与流程,要求有关人员结合实际情况合理加以设计和应用,从而加强机电一体化自动控制。

1概述

1.1多传感器数据融合技术原理

近几年,很多人开始关注多传感器数据融合这一领域。因为传感器的性能得到提升,不同传感器都有一定的处理能力,多传感器数据融合,将可以打开新的技术应用领域,方便多传感器数据融合在计算机、自动化、电子通信等领域的应用。如果仅仅采用单一的传感器,将难以满足信息处理的需要,为此,多传感器数据融合技术诞生和应用。相比于单一传感器,多传感器数据融合下,信息处理能力得到强化,处理结果也会更为精准。就多传感器数据融合技术原理而言,主要利用传感器数据融合技术产生多种传感器信息数据,信息数据形式并不局限,包含文字、图像、信号等。但是,各个传感器都有自己的特点,工作原理不同,为此,针对其传感器信息数据内容与应用方式都需要加以深入研究。例如,在研究雷达、红外等传感器过程中,这些传感器的工作方式不一,必须要采取可靠的措施进行数据融合,确保这些传感器达到互补,更好地协同完成数据融合,精准分析目标,提供科学的决策与判断。通常而言,多传感器数据融合过程涉及数据采集、数据处理、融合技术与结果输出等。

1.2多传感器数据融合的主要内容

多传感器数据融合时,要求有关人员考虑诸多影响因素,加强其融合内容的了解,具体而言,其中的主要内容包含以下几点:其一,状态估计。主要对目标体的相对位置与相对速度等进行估计,方便获取轨迹等息息。其二,数据关联。这部分要将不同的传感器数据进行关联,确保获取同一个实体的观测数据信息。其三,身份估计。要求有关人员结合相关数据信息,采用合适可靠的算法,对目标体进行识别、分类与归类。其四,辅助决策。这部分内容主要是提供一些值得参考建议,辅助决策,推进多传感器数据的顺利融合。其五,态势估计。针对目标体周围环境或者是内容等加以估计,提高决策科学性,促使多传感数据融合更为高效。

2多传感器数据融合在机电一体化自动控制中的设计应用

2.1设定电动机转速参数

机电一体化系统运行过程中,需要安装高配置的电机来完成数控机床进行加工。一般电机主轴的转速为3000~4000r/min,为提高机械效率,对电机转速要求较高,要求达到8000~10000r/min。

2.2计算电动机转速

电动机的转速可分为额定转速和实际转速,如果电动机在额定功率下工作,计算的电动机转速就是额定转速;如果电动机工作过程中功率是变化的,计算得到的转速就是电动机的实际转速,电动机转速计算公式如下:

图片4.png

式中,n代表电动机的转速(r/min);60表示每分钟(s);f表示电源频率(Hz);p表示电动机旋转磁场的极对数。根据国家相关规定,电源的标准频率为50圈/s,因此,在旋转磁场中,转速的大小与磁极对数有直接关系,旋转磁场的转速与磁极对数成反比,但是在实际应用过程中,电机的转速往往低于旋转磁场的转速,当磁极对数分别为1、2、3、4、5时,对应旋转磁场转速分别为3000、1500、1000、750、600。通过上述转速公式可以得到电机的转速,结合电动机工作时的电压和频率来研究机电一体化系统中自动控制技术的优势。

2.3确定电动机电压与频率

首先,确定电动机电压。实际上,在电动机运转时,电压将会发生或多或少的变化,如果电压不够稳定,将严重影响电动机运行效率,同时间接降低电动机转矩,严重影响最后机械能的转换与输出。为此,为实现多传感器数据融合,加强机电一体化自动控制,必须要提高电动机电压稳定性,保证转速始终被控制一定范围内,避免影响其实际工作效率。其次,确定电动机频率。电动机频率发生变化,电动机转速会受到影响,二者呈现正比例关系,若是前者频率过大,其实际功率无疑飞快增加,很容易增加机电运行隐患,导致电动机出现损伤,甚至烧毁。相反,若是电动机频率过小,对叶片应力将产生不利影响,缩短其使用寿命。因此,必须加强电动机频率控制,保证多传感器数据融合,实现机电一体化自动控制。

2.4多因素检测

第一,转矩会影响电动机转速,当电动机的转矩小于50赫兹时,电动机的转矩与频率成正比;当电动机的频率等于50赫兹时,电动机输出功率达到最大值,称为额定功率;如果电动机的频率大于50赫兹时,电动机转矩与频率成反比。第二,电动机功率也会影响电动机转速。如果电动机功率太小,会使电动机超载运行,造成电动机损坏;如果电动机功率太大,易造成输出功率不能被完全利用。综上,在工业制造和生产中,要随时观察影响机电一体化系统的各种不利因素,及时解决不利因素对机电一体化系统的影响。

3基于多传感器数据融合的自动控制技术实验

实验采用型号、额定电压、额定功率均相同的电动机,使电动机运行转矩、电压和旋转磁场的极对数都一致,适当增加电动机的频率,分别采用自动控制技术和普通技术使电动机运行,电动机旋转磁场的极对数一定,制作对比实验,比较两种技术的电动机转速,实验结果见图1。实验结果表明,随着电动机频率的增加,采用自动控制技术电动机转速明显高于普通技术,可提高机械效率。

图片3.png

图1电动机转速与频率关系图

4结论

伴随机电一体化的建设与发展,很多从业者开始关注自动控制技术的应用和优化,这就不得不提到多传感器数据融合的设计和应用。为实现多传感器数据融合在机电一体化自动控制中的合理设计和应用,本文总结关键设计与应用要点,通过按照要求进行设计和应用实施,有助于加强多传感器数据融合,更好地达到预期的机电一体化自动控制目的。未来机电一体化发展过程中,要求有关人员加强对于多传感器数据融合优势的了解,并持续加强智能化方面的技术研发,以便改进机械性能,提高机电一体化运行水平。

参考文献

[1]李婷婷.多传感器数据融合在机电一体化自动控制中的应用[J].数字通信世界,2019(9):1.

[2]陈建文.初探机电一体化自动控制中多传感器数据融合的应用.

[3]韩统领.机电一体化中传感器与检测技术的运用探讨[J].2020.

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