不平衡量信號(hào)的精密譜分析及其在砂輪動(dòng)平衡測(cè)控儀中的應(yīng)用.pdf

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

2、棒性不佳。 本課題研制出一微機(jī)控制的機(jī)械式在線動(dòng)平衡測(cè)控儀，機(jī)械式平衡裝置精度穩(wěn)定，停車或重新啟動(dòng)平衡狀態(tài)得以維持。本系統(tǒng)以TMS320C240數(shù)字信號(hào)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(cè)砂輪旋轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)，并用精密譜分析方法對(duì)砂輪振動(dòng)不平衡信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，獲得砂輪不平衡量的真值，采用滑模變結(jié)構(gòu)控制算法控制砂輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)平衡頭內(nèi)雙永磁直流電動(dòng)機(jī)，進(jìn)而調(diào)節(jié)雙偏心齒圈的重心位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)不平衡量的平衡補(bǔ)償。

3、該方法與現(xiàn)有方法相比較其特點(diǎn)在于：1.現(xiàn)有方法大多采用振動(dòng)量的峰—峰值測(cè)量，該量含有輔助電機(jī)及其它環(huán)境振動(dòng)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(duì)信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，能獲得砂輪不平衡量的真值;2.現(xiàn)有方法大多采用經(jīng)典的PID控制和最優(yōu)控制，系統(tǒng)的魯棒性不好，調(diào)節(jié)時(shí)間不佳，本系統(tǒng)采用的滑模變結(jié)構(gòu)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(shù)和變結(jié)構(gòu)控制算法的砂輪動(dòng)平衡裝置屬國(guó)內(nèi)首例，此外本方法還

4、可用于其他旋轉(zhuǎn)機(jī)械動(dòng)平衡測(cè)控類系統(tǒng)中。 本論文完成的主要工作有： (1)研究了動(dòng)平衡系統(tǒng)中砂輪不平衡量提取的精密譜分析方法，對(duì)DFT、小波、小波包、多小波譜分析方法進(jìn)行了仿真研究;并證明了小波方法對(duì)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(duì)象的數(shù)學(xué)模型； (3)對(duì)具有非線性切換函數(shù)的滑模變結(jié)構(gòu)控制器進(jìn)行了設(shè)計(jì)和仿真，并與傳統(tǒng)控制算法(PID控制)進(jìn)行了對(duì)比研究；保證了控制系統(tǒng)對(duì)內(nèi)部參數(shù)變

5、化和外部擾動(dòng)具有不變性;在相同精度和成本前提下，改善了動(dòng)態(tài)響應(yīng)，縮短了調(diào)節(jié)時(shí)間，使系統(tǒng)具有一定的魯棒性。 將具有非線性切換函數(shù)的滑模變結(jié)構(gòu)控制器引入到直流電動(dòng)機(jī)控制中，解決其快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和靜態(tài)精度的矛盾要求，理論和仿真實(shí)踐都證明，將具有非線性切換函數(shù)的滑模變結(jié)構(gòu)控制器引入到砂輪動(dòng)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(cè)中。通過仿真計(jì)算及對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)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(dòng)不平衡信號(hào)非常有效，并進(jìn)行了對(duì)比研究。解決了砂輪振動(dòng)過程中不平衡振動(dòng)信號(hào)分析和特征提取這一難點(diǎn)問題。 (2)將具有非線性切換函數(shù)的滑模變結(jié)構(gòu)控制方法引入到砂輪在線動(dòng)平衡測(cè)控系統(tǒng)中，仿真研究結(jié)果表明本算法顯著提高了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，縮短了平衡時(shí)間，并保證了系統(tǒng)的魯棒性。 (3)研究設(shè)計(jì)出適于本對(duì)象的具有非線性切換函數(shù)的滑模變結(jié)構(gòu)控制方法和精密譜分析方法，并使之得以工程實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了其可