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| EP0881177A1 | 1998-12-02 | |||
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| 权 利 要 求 1、一种基于单一动力緩存机构的控制方法，所述单一动力緩存机构包 括主动卷筒、 驱动电机、 被动卷筒和卷带， 所述主动卷筒设置于所述驱动 电机上， 所述主动卷筒和所述被动卷筒通过所述卷带相连， 其特征在于， 包括步骤： 1)在所述驱动电机需要停机时， 测出所述主动卷筒的转动惯量 I 主动卷筒的半径 R、 被动卷筒的半径 r和被动卷筒的转动惯量 12; 2)控制所述驱动电机的制动力矩^ I: x rxM2/(I2 xR) , 其中， M2 为被动卷筒的扭力矩。 2、如权利要求 1所述的基于单一动力緩存机构的控制方法，其特征在 于， 所述步骤 1)具体为： 在所述驱动电机的停机指令发出后， 实时检测 所述主动卷筒的半径 R, 以及所述被动卷筒的半径 r,并分别计算出主动卷 筒的转动惯量 ^和被动卷筒的转动惯量 12。 3、一种基于单一动力緩存机构的控制系统，所述单一动力緩存机构包 括主动卷筒、 驱动电机、 被动卷筒和卷带， 所述主动卷筒设置于所述驱动 电机上， 所述主动卷筒和所述被动卷筒通过所述卷带相连， 其特征在于， 包括： 在所述驱动电机需要停机时， 测出所述主动卷筒的转动惯量 ^、 主动 卷筒的半径 R、 被动卷筒的半径 r和被动卷筒的转动惯量 12的处理装置； 控制所述驱动电机的制动力矩 ^ x r χΜ2/(Ι2 xR)的控制器， 其 中， ^12为被动卷筒的扭力矩。 4、如权利要求 3所述的基于单一动力緩存机构的控制系统，其特征在 于， 所述处理装置包括： 实时检测所述主动卷筒的半径 R所述被动卷筒的半径 r的半径检测装 置； 根据测得的所述主动卷筒的质量 ml和所述主动卷筒的半径 R输出主 动卷筒的转动惯量 Ii, 根据测得的所述被动卷筒的质量 m2和所述被动卷 筒的半径 r输出被动卷筒的转动惯量 12的处理单元。 |
本发明涉及介质緩存机构技术领域， 更具体地说， 涉及一种基于单一 动力緩存机构的控制方法和控制系统。
背景技术
现有的介质緩存机构主要采用双动力或单动力 驱动方式， 特别是单动 力驱动方式， 一般由一个主动卷筒和两个被动卷筒组成， 或者由一个主动 卷筒和一个被动卷筒组成。
如图 1所示， 以一个主动卷筒 11和两个被动卷筒为例，现有的介质緩存 机构在其侧板 9上固定安装有一驱动电机 10 , 侧板 9上通过第二单向轴承 15 转动安装有第一转轴 13和第二转轴 12。 驱动电机 10安装于侧板 9的 b侧 （为 了便于描述和区分， 将侧板 9的两侧定义为 a侧和 b侧 ),驱动电机轴在侧板 9 的 a侧和 b侧都设置有伸出部分。 主动卷筒 11套在驱动电机 10外侧并固定安 装在驱动电机转动轴的一端上； 在侧板 9的 a侧， 驱动电机转动轴的另一端 上固定安装有一第三同步带轮 1 ,驱动电机 10转动时可直接带动主动卷筒 11 和第三同步带轮 1转动。
第一转轴 13和第二转轴 12通过第一单向轴承 6分别转动安装有第一同 步带轮 5和第二同步带轮 7。三个同步带轮通过同步带 3相连，使之转动步速 和转向一致， 第一单向轴承 6和第二单向轴承 15的作用力方向相反。
第一转轴 13和第二转轴 12上通过扭力限制器 14分别转动安装有第一被 动卷筒 4和第二被动卷筒 8, 在扭力限制器 14作用下， 被动卷筒与其对应的 转轴有相对转动或者是相对转动的趋势时， 会存在有不大于扭力限制器 14 动卷筒分别绕叠装配有一适当长度的卷带 2, 卷带 2的另一头都设置在主动 卷筒 11上。
进钞时，驱动电机 10驱动第三同步带轮 1和主动卷筒 11正向转动时， 第 一单向轴承 6空转滑动，第一同步带轮 5和第二同步带轮 7对第一转轴 13和第 二转轴 12不产生作用， 第二单向轴承 15堵转， 第一转轴 13和第二转轴 12通 过扭力限制器 14产生阻止第一被动卷筒 4和第二被动卷筒 8转动的扭力， 主 动卷筒 11通过卷带 2拉动第一被动卷筒 4和第二被动卷筒 8克服扭力限制器 14扭力作正向转动， 此时主动卷筒 11 , 卷带 2以及被动卷筒的线速度保持一 致。
通常， 出钞时主动卷筒 11上必定绕有卷带 2,驱动电机 10驱动第三同步 带轮 1和主动卷筒 11反向转动时， 此时主动卷筒 11释放出卷带 2, 第三同步 带轮 1以大传动比带动第一同步带轮 5和第二同步带轮 7反向转动，第二单向 轴承 15空转，侧板 9对第一转轴 13和第二转轴 12不产生作用， 第一单向轴承 6堵转，第一同步带轮 5和第二同步带轮 7对第一转轴 13和第二转轴 12产生作 用， 带动第一转轴 13和第二转轴 12作反向转动， 第一转轴 13和第二转轴 12 通过扭力限制器 14以相对第一被动卷筒 4和第二被动卷筒 8滑动时产生恒定 扭力的方式带动第一被动卷筒 4和第二被动卷筒 8作反向转动， 第一被动卷 筒 4和第二被动卷筒 8反向转动收紧主动卷筒 11释放出的卷带 2。此时主动卷 筒 11 , 卷带 2以及被动卷筒的线速度保持一致。
在上述机构的控制原理中， 进钞时， 一旦驱动电机 10快速停止转动， 主动卷筒 11将受驱动电机 10制动力矩作用， 快速减速停止； 被动卷筒因为 受到扭力限制器 14提供的与运动方向相反的扭力， 减速转动至停止， 在主 动卷筒 11停止的时间内， 被动卷筒转动距离大于主动卷筒 11转动距离， 造 成卷带 10不能绷直， 而影响下一次进钞。
如何保证在进钞时， 驱动电机停止转动后， 卷带仍能处于绷直状态， 成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。 发明内容 有鉴于此， 本发明提供了一种基于单一动力緩存机构的控 制方法和控 制系统， 以保证在进钞时， 驱动电机停止转动后， 卷带仍能处于绷直状态。
为实现上述目的， 本发明提供如下技术方案：
一种基于单一动力緩存机构的控制方法， 所述单一动力緩存机构包括 主动卷筒、 驱动电机、 被动卷筒和卷带， 所述主动卷筒设置于所述驱动电 机上， 所述主动卷筒和所述被动卷筒通过所述卷带相 连， 包括步骤：
1)在所述驱动电机需要停机时， 测出所述主动卷筒的转动惯量 I 主动卷筒的半径 R、 被动卷筒的半径 r和被动卷筒的转动惯量 1 2 ;
2)控制所述驱动电机的制动力矩^ I : x rxM 2 /(I 2 xR) , 其中， M 2 为被动卷筒的扭力矩。
优选地， 上述基于单一动力緩存机构的控制方法中， 所述步骤 1)具 体为： 在所述驱动电机的停机指令发出后， 实时检测所述主动卷筒的半径
R, 以及所述被动卷筒的半径 r, 并分别计算出主动卷筒的转动惯量 ^和被 动卷筒的转动惯量 1 2 。
一种基于单一动力緩存机构的控制系统， 所述单一动力緩存机构包括 主动卷筒、 驱动电机、 被动卷筒和卷带， 所述主动卷筒设置于所述驱动电 机上， 所述主动卷筒和所述被动卷筒通过所述卷带相 连， 包括：
在所述驱动电机需要停机时， 测出所述主动卷筒的转动惯量 ^、 主动 卷筒的半径 R、 被动卷筒的半径 r和被动卷筒的转动惯量 1 2 的处理装置； 控制所述驱动电机的制动力矩 ^ x r χΜ 2 /(Ι 2 xR)的控制器， 其 中， ^1 2 为被动卷筒的扭力矩。
优选地， 在上述基于单一动力緩存机构的控制系统中， 所述处理装置 包括：
实时检测所述主动卷筒的半径 R所述被动卷筒的半径 r的半径检测装 置；
根据测得的所述主动卷筒的质量 1¾和所述主动卷筒的半径 R输出主 动卷筒的转动惯量 1 1 根据测得的所述被动卷筒的质量 m 2 和所述被动卷 筒的半径 r输出被动卷筒的转动惯量 1 2 的处理单元。 从上述的技术方案可以看出， 本发明提供的基于单一动力緩存机构的 控制方法， 通过提高主动卷筒的转动距离以及运转时间， 继而使得主动卷 筒的停止运转距离等于被动卷筒的运转距离， 来达到卷带绷紧的目的。 本 发明将驱动电机的制动力矩 ^控制在小于或等于 ^ x r x M 2 / (I 2 x R)时， 可以确保主动卷筒与被动卷筒在减速过程中一 直保持相同的运行状态至完 全静止， 转动距离相等， 卷带绷直。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中 的技术方案， 下面将对 实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作 筒单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例 ， 对于本领域普通技术人员 来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附 图。
图 1为单一动力緩存机构的主视图；
图 2为单一动力緩存机构的俯视图；
图 3为本发明实施例提供的基于单一动力緩存机 的控制方法的流程 图。
具体实施方式
本发明公开了一种基于单一动力緩存机构的控 制方法和控制系统， 以 保证在进钞时， 驱动电机停止转动后， 卷带仍能处于绷直状态。
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 有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例， 都属于本发明保护的 范围。
请参阅图 3 , 图 3为本发明实施例提供的基于单一动力緩存机 的控 制方法的流程图。 单一动力緩存机构为与背景技术中公开的緩存 机构相同， 包括主动卷 筒、 驱动电机、 被动卷筒和卷带， 主动卷筒设置于驱动电机上， 主动卷筒 和被动卷筒通过卷带相连。
本发明实施例提供的基于单一动力緩存机构的 控制方法， 包括： 步骤 S101: 检测相关参数；
在驱动电机需要停机时， 测出主动卷筒的转动惯量 ^、 主动卷筒的半 径 R、 被动卷筒的半径 r和被动卷筒的转动惯量 1 2 。
步骤 S102: 控制电机制动力矩；
控制驱动电机的制动力矩 I : x rxM 2 /(I 2 xR) , 其中， M 2 为被动 卷筒的扭力矩， 被动卷筒的扭力^通过矩扭力限制器提供， 在被动卷筒的 矩扭力限制器确定后， 那么 M 2 便是一个定值。
由于主动卷筒的转动惯量 ^与主动卷筒的质量和半径有关； 被动卷筒 的转动惯量 1 2 与被动卷筒的质量和半径有关，并且主动 卷筒的质量和被动 卷筒的质量是定值， 因此只要测出主动卷筒的半径 R和被动卷筒的半径 r, 便可得到主动卷筒的转动惯量 ^和被动卷筒的转动惯量 1 2 。
因此， 步骤 S101具体为：
在驱动电机的停机指令发出后， 实时检测主动卷筒的半径 R, 以及被 动卷筒的半径 r, 并分别计算出主动卷筒的转动惯量 ^和被动卷筒的转动 惯量 1 2 。
下面介绍 ^ X r χΜ 2 /(Ι 2 X R)的推导过程， 以及本发明的核心思 路。
在驱动电机停止的时间内， 我们定义主动卷筒的转动距离为 ，被动 卷筒的转动距离为 L 2 ，驱动电机停止时间为 t i，被动卷筒停止时间为 1 2 ，卷 带运行速度为 V, 主动卷筒的转动惯量为 ^ ( I=∑ mi X r ), 驱动电机的制 动力矩为 被动卷筒的转动惯量为 I 2 ( I=∑ mi x r ), 扭力限制器提供 给被动卷筒的扭力矩为 M 2 。 主动卷筒的半径为 R，被动卷筒的半径为 r, 主 动卷筒停止运行时初始角速度为 ω 1 , 停止过程中角加速度为 Δ ω i , 被动 卷筒停止运行时初始角速度为 ω 2 , 停止过程中角加速度为 Δ ω 2 , 所以可 以得 L出I
ω = v/R ①；
ω 2 = - v2 1/r ②；
X
主动卷筒减 V速 X停止的角加速度为：
Δ ω : = Μ^^ t ③；
被动卷筒减速停止的-2 1角加速度为：
Δ ω 2 = Μ 2 /Ι 2 X
V ④；
X
由公式①， ②， ③， ④， 可 V以推导出
X
主动卷筒停止时间为 _ _ I
t : = ω : / Δ ω : = V 1 : / (R Μ : ) ⑤；
X
被动卷筒停止时间为 Ml
、 / 1
t 2 = ω 2 /Δ ω 2 = ν 1 2 / (r χΜ 2 ) ©;
由公式⑤， ⑥， 可以推导出
理想情况下， 主动卷筒与被动卷筒都在做均匀减速运动， 主:
转动距离为
⑦； 被动卷筒的转动距离为
L. V t xvxvx I /(r M ) 根据前述结论， 当 1^ 2 > 1^时， 卷带不能绷紧。 为确保卷带绷直， ！^至 少要等于 L 2 , 由公式⑦， ⑧， 可以推导出公式:
即 AL=0时， 卷带绷直。 在不改变卷筒本身特征情况下， 增大 M 2 或者 减小 ^是绷紧卷带的途径。 但实际应用中， 增大 M 2 , 即增加了进钞时的机 械负载间接迫使电机能提供的力矩增加， 同时制动力矩 ^也会增大。 而减 小 因为受限于驱动电机本身需要提供一定的力矩 ，制动力矩 ^的改变并 不突出。 减速停止过程从微观上说， 在每一个电机脉沖跳变的区间内， 只要瞬 间制动力矩 (1^^减小到足够小， 从而增加了主动卷筒运转的时间， 增大； 被动卷筒在扭力限制器的作用下， 将速度减小至与主动卷筒相同的速度， 与主动卷筒保持相同的运动状态。
根据公式⑨， I 2 /(r χΜ 2 )将小于或等于 i O xdMi 即被动卷筒的 瞬间运转距离小于或等于主动卷筒瞬间运转距 离。 宏观上说， 即增加了主 动卷筒的停止运转时间， 使主动卷筒的停止运转距离等于被动卷筒的运 转 距离， 最终实现卷带绷直。
进一步说， 在主动卷筒每一个减速区间内， 因为最终保持相同运行状 态，主动卷筒减速过程中转动距离为（11^= X (v^-v ) X I O^ xdM ，被 动卷筒减速过程中转动距离为 dL 2 = x ( ― i-v?) x I 2 /( ri xM 2 ) , 可以得 出每个减速区间内 ⑩
在公式⑩， 每个减速区间内， 和 确定， 此半径下 ^和 1 2 也是确 定的，进而 [1 2 / (1^ xM 2 )-I 1 /(R i xdM^]是一个确定值.且是一个小于或等 于 0的值， 当 [1 2 /( xdM^]等于 0时， 则说明在当前区间 内， 大被动卷筒以相同的减速加速度减速， 一直保持相同的运行状态， 卷 带不会松弛； 当 xdM^]小于 0时， 主动卷筒减速时 间大于被动卷筒的减速时间， 即主动卷筒一直保持比被动卷筒运转快的趋 势， 所以卷带同样不会松弛。 最终我们可以认为在主动卷筒每一个减速区 间内， 只要 (1^^足够小， 则 AdL等于 0, 则卷带可以绷直。
从宏观上说， 当 [I 2 /(r xM 2 ) <0, 即^ I : x rxM 2 /(I 2 X R)为一个阈值， 当主动卷筒的减速制动力矩一直保持小于这个 阈值的情 况下， 则可以确保主动卷筒与被动卷筒在减速过程中 一直保持相同的运行 状态至完全静止， 转动距离相等， 卷带绷直。
本发明实施例提供的基于单一动力緩存机构的 控制系统， 单一动力緩 存机构包括主动卷筒、 驱动电机、 被动卷筒和卷带， 主动卷筒设置于驱动 电机上， 主动卷筒和被动卷筒通过卷带相连， 包括处理装置和控制器。
其中， 处理装置用于在驱动电机需要停机时， 测出主动卷筒的转动惯 量 ^、 主动卷筒的半径 R、 被动卷筒的半径 r和被动卷筒的转动惯量 1 2 ;
控制器用于控制驱动电机的制动力矩 I : x r x M 2 / (I 2 x R) ,其中，
M 2 为被动卷筒的扭力矩。
本发明实施例提供的基于单一动力緩存机构的 控制系统， 采用与上述 实施例公开的基于单一动力緩存机构的控制方 法相同的原理对卷带松弛现 象进行调整， 二者带来的技术效果是相同的， 具体可参与上述实施例公开 的基于单一动力緩存机构的控制方法， 本文在此不再赘述。
由于主动卷筒的转动惯量 与主动卷筒的质量和半径有关； 被动卷筒 的转动惯量 1 2 与被动卷筒的质量和半径有关，并且主动 卷筒的质量和被动 卷筒的质量是定值， 因此只要测出主动卷筒的半径 R和被动卷筒的半径 r, 便可得到主动卷筒的转动惯量 ^和被动卷筒的转动惯量 1 2 。
因此， 本发明实施例公开的处理装置包括半径检测装 置和处理单元。 其中， 半径检测装置用于实时检测主动卷筒的半径 R被动卷筒的半径 r, 处理单元用于根据测得的主动卷筒的质量 和主动卷筒的半径 R输出 主动卷筒的转动惯量 1 1 根据测得的被动卷筒的质量 1¾和被动卷筒的半 径 r输出被动卷筒的转动惯量 1 2 。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述， 每个实施例重点说明的 都是与其他实施例的不同之处， 各个实施例之间相同相似部分互相参见即 可。
对所公开的实施例的上述说明， 使本领域专业技术人员能够实现或使 用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术 人员来说将是显 而易见的， 本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明 的精神或范围的 情况下， 在其它实施例中实现。 因此， 本发明将不会被限制于本文所示的 这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相 一致的最宽的 范围。