不平衡量信號的精密譜分析及其在砂輪動平衡測控儀中的應用.pdf

1、在精密和超精密磨削以及磨削自動化的發(fā)展過程中，砂輪在線動平衡是一項不可缺少的關鍵技術，在生產中有著重要的意義和廣闊的應用前景。 現(xiàn)有的在線動平衡裝置，控制是依據時域振動量峰—峰值，由于干擾、倍頻分量和非整倍頻分量的存在，時域振動量峰—峰值并非振動真值，因此采用時域峰-峰值最小的控制算法存在原理性誤差?，F(xiàn)有的機械式動平衡裝置采用自動搜索算法或PID控制算法并由單片機(或單板機)實現(xiàn)，運算速度慢、平衡時間長、實時性差、平衡精度低、魯

2、棒性不佳。 本課題研制出一微機控制的機械式在線動平衡測控儀，機械式平衡裝置精度穩(wěn)定，停車或重新啟動平衡狀態(tài)得以維持。本系統(tǒng)以TMS320C240數字信號處理器為核心，用水平安裝在砂輪罩上的SZ-5型壓電式加速度傳感器檢測砂輪旋轉時的振動，并用精密譜分析方法對砂輪振動不平衡信號進行重構，獲得砂輪不平衡量的真值，采用滑模變結構控制算法控制砂輪高速旋轉時平衡頭內雙永磁直流電動機，進而調節(jié)雙偏心齒圈的重心位置，實現(xiàn)對不平衡量的平衡補償。

3、該方法與現(xiàn)有方法相比較其特點在于：1.現(xiàn)有方法大多采用振動量的峰—峰值測量，該量含有輔助電機及其它環(huán)境振動帶來的分量，因而并不完全是砂輪的不平衡量。本系統(tǒng)采用精密譜分析方法對信號進行重構，能獲得砂輪不平衡量的真值;2.現(xiàn)有方法大多采用經典的PID控制和最優(yōu)控制，系統(tǒng)的魯棒性不好，調節(jié)時間不佳，本系統(tǒng)采用的滑模變結構控制方法可有效地解決上述問題。 論文提出的基于精密譜分析技術和變結構控制算法的砂輪動平衡裝置屬國內首例，此外本方法還

4、可用于其他旋轉機械動平衡測控類系統(tǒng)中。 本論文完成的主要工作有： (1)研究了動平衡系統(tǒng)中砂輪不平衡量提取的精密譜分析方法，對DFT、小波、小波包、多小波譜分析方法進行了仿真研究;并證明了小波方法對砂輪不平衡量提取的可行性和有效性。 (2)建立了平衡頭控制對象的數學模型； (3)對具有非線性切換函數的滑模變結構控制器進行了設計和仿真，并與傳統(tǒng)控制算法(PID控制)進行了對比研究；保證了控制系統(tǒng)對內部參數變

5、化和外部擾動具有不變性;在相同精度和成本前提下，改善了動態(tài)響應，縮短了調節(jié)時間，使系統(tǒng)具有一定的魯棒性。 將具有非線性切換函數的滑模變結構控制器引入到直流電動機控制中，解決其快速的動態(tài)響應和靜態(tài)精度的矛盾要求，理論和仿真實踐都證明，將具有非線性切換函數的滑模變結構控制器引入到砂輪動平衡中是可行的。 本論文的創(chuàng)新之處： (1)將小波變換分析方法引入到砂輪不平衡量檢測中。通過仿真計算及對實際數據的處理，證明了本文提出

6、的精密譜分析算法提取砂輪振動不平衡信號非常有效，并進行了對比研究。解決了砂輪振動過程中不平衡振動信號分析和特征提取這一難點問題。 (2)將具有非線性切換函數的滑模變結構控制方法引入到砂輪在線動平衡測控系統(tǒng)中，仿真研究結果表明本算法顯著提高了系統(tǒng)動態(tài)響應速度，縮短了平衡時間，并保證了系統(tǒng)的魯棒性。 (3)研究設計出適于本對象的具有非線性切換函數的滑模變結構控制方法和精密譜分析方法，并使之得以工程實現(xiàn)，現(xiàn)場實驗結果驗證了其可