一种动平衡算法制造技术

本发明专利技术提供了一种动平衡算法，包括如下步骤：将待测试的动平衡部件放置在测试架上，以在电机的驱动下进行旋转，在测试架上安装有检测动平衡部件转速的测速传感器，和检测动平衡部件转动时震动大小的震动传感器；主控系统在动平衡部件的每个转动周期内，采集预定数量的震动传感器的电压信号，并进行互相关滤波后将结果数据保存在缓存区中；启动滑动平均滤波算法对缓冲区中的所有结果数据进行计算并得到一个计算值；利用已确定的影响系数代入该计算值，即可得到当前动平衡部件的不平衡量大小及不平衡位置。本发明专利技术使得测量出来的不平衡量相位提取误差小于1度，单次动平衡效率大于90％，大大提高了动平衡机的测量精度以及准确度。

【技术实现步骤摘要】
一种动平衡算法
本专利技术涉及机械领域，特别是涉及一种能够精确计算出动平衡部件在测试过程中的动不平衡量及位置的动平衡算法。
技术介绍
一个物体即使在静平衡的状态下，只要有旋转，就会有动不平衡，该动不平衡会带来许多危害，比如大的震动引起很大的噪声、容易导致机器零件物体损坏等，故许多设备在正式运行前都需要对旋转物体做动平衡，特别是在电机转子这一行业。通常情况下，要对一个旋转物体做动平衡，需要有对该物体的一个支撑机械结构，一个令其转动的传动驱动结构，测量震动信号以及转速信号的传感器，获取传感器信息以及处理信息的控制器等，这一整套通常称为动平衡机。在控制器中，有着一个相应的控制系统，该控制系统包含着动平衡机的所有功能，但是不同的动平衡机的控制系统有着不同的实现方式，市面上大多数都采用了工控机、PLC等作为主控方式，也就是这些控制系统被运行在这些工控机、PLC上，因此对于使用工控机的动平衡机来说，其制造成本十分高昂，而使用PLC的动平衡机，由于PLC本身的硬件因素，想要实现很复杂的控制系统是非常困难的，因此大部分使用PLC的动平衡机的控制系统的功能相对比较单一。衡量动平衡机质量好坏的一个标准，除了测量时间外，还有其能够测量出的最小不平衡量以及重复精度。在一些要求动不平衡量非常低的场合，比如飞机的转子，就要求在这个转子做动平衡的时候所能够达到的最小不平衡量非常低，因此对动平衡机的整体素质要求很高，其中动平衡机里面的不平衡量大小提取以及相角的提取算法就尤为重要。现有技术通过算法仿真，可将不平衡相位提取误差缩小至1.5°，而单次动平衡效率大于75％。但即使不平衡量相位提取误差小于1.5°，这个角度还是大了，而且其单次动平衡效率仅能大于75％，在目前许多工业的场合中，这也是远远不能满足要求的，特别是在一些大的设备做动平衡的时候，由于质量太大，导致惯性太大，启停非常困难，因此需要在很少的启停的次数下做好动平衡。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种能够精确计算出动平衡部件在测试过程中的动不平衡量及位置的动平衡算法。特别地，本专利技术提供了一种动平衡算法，包括如下步骤：步骤100，将待测试的动平衡部件放置在测试架上，以在电机的驱动下进行旋转，在测试架上安装有检测动平衡部件转速的测速传感器，和检测动平衡部件转动时震动大小的震动传感器；步骤200，在测试过程中，主控系统控制电机同时根据采集的数据分析当前动平衡部件的动平衡状态，在动平衡部件的每个转动周期内，采集预定数量的震动传感器的电压信号，并在该转动周期结束后将该转动周期采集的所有电压信号进行互相关滤波，再将结果数据保存在缓存区中，每个转动周期重复该过程直至完成测试；步骤300，当缓存区中的结果数据达到预定量时，将最开始存入的结果数据丢弃，并填入新周期的结果数据，然后启动滑动平均滤波算法对所有的结果数据进行一次计算以得到一个平均值，重复该过程，直至停止测试过程或平均值满足要求为止；步骤400，利用已确定的影响系数代入确定后的平均值进行计算，即可得到当前动平衡部件的不平衡量大小及不平衡位置。在本专利技术的一个实施方式中，所述主控系统在测试前对整个测试环境进行初始化损伤，初始化对象包括存储芯片、定时器、调试串口、中断信号引脚、电机驱动总线及通信模块。在本专利技术的一个实施方式中，在动平衡部件的每个转动周期内电压信号的采样率为32点。在本专利技术的一个实施方式中，所述互相关滤波的结果数据为一个矢量矢量计算过程如下：其中，X为本次测量得到不平衡量的X轴向分量，Y为本次测量得到不平衡量的Y轴向分量，Ni为一个周期的32个点(i＝1、2、3...32)，α＝2π/32。在本专利技术的一个实施方式中，所述滑动平均滤波算法的公式如下：其中，y为滑动平均滤波的平均值结果，N为采样平均值的个数，x为采样在某一时刻的数据。在本专利技术的一个实施方式中，所述影响系数的获得过程如下：步骤401，取左右两面都需要动平衡测试的动平衡部件，在测试设备上旋转动平衡部件，求出左右两面的原始震动，分别是步骤402，停止旋转，然后在动平衡部件的一个平面上加试重再启动测试设备可得到震动步骤402，停止旋转，并取下动平衡部件上的试重然后在另一平面上加试重再启动测试设备机器得到震动步骤403，则得到当前动平衡部件左右两面分别增加配重后的影响系数：在本专利技术的一个实施方式中，在所述主控系统中事先存储有当前待测试动平衡部件的大小、试重半径大小、最小允许不平衡量和平衡转速的参数，在计算不平衡量时直接引入相应参数。本专利技术使用了多种算法来处理相应传感器的数据，其中的滑动平均滤波算法保证了采集数据的稳定性，互相关滤波算法保证了采集到的数据的准确性，二者算法相结合，使得测量出来的不平衡量相位提取误差小于1度，单次动平衡效率大于90％，大大提高了动平衡机的测量精度以及准确度，为后面的不平衡量的计算保证了高精度的前提。附图说明图1是本专利技术一个实施方式的动平衡算法的流程示意图。具体实施方式如图1所示，本专利技术公开的动平衡算法一般包括如下步骤：步骤100，将待测试的动平衡部件放置在测试架上，以在电机的驱动下进行旋转，在测试架上安装有检测动平衡部件转速的测速传感器，和检测动平衡部件转动时震动大小的震动传感器；这里的动平衡部件可以是电机的转子、轴片或是任何需要在转动时保持平衡的部件。其中由测试架、电机、测速传感器和震动传感器构成的测试设备可以是现有任意一种动平衡测试设备。测速传感器和震动传感器可以连接相应的模数转换器，以输出数字信号，使主控系统能够识别，步骤200，在测试过程中，主控系统控制电机同时根据采集的数据分析当前动平衡部件的动平衡状态，在动平衡部件的每个转动周期内，采集预定数量的震动传感器的电压信号，并在该转动周期结束后将该转动周期采集的所有电压信号进行互相关滤波，再将结果数据保存在缓存区中，每个转动周期重复该过程直至完成测试；主控系统可以是工控机或PC机或封闭有FPGA、PLC程序的可执行芯片。主控系统在测试前对整个测试环境进行初始化，初始化对象包括存储芯片、定时器、调试串口、中断信号引脚、电机驱动总线及通信模块。如对存储芯片AT24C256的初始化、定时器输入捕获的初始化、COM的初始化、外部中断信号引脚的初始化、驱动电机CAN总线的初始化、与触摸显示屏幕通信的接口RS485初始化、内部计时定时器初始化、模数转换芯片ADS8330的初始化等。主控系统中事先存储有当前待测试动平衡部件的大小、试重半径大小、最小允许不平衡量和平衡转速的参数，在计算不平衡量时可直接引入相应参数。在动平衡部件的每个转动周期内电压信号的采样率为32点；在其它的实施方式中也可以根据动平衡部件的质量、直径、转速、周期等参数调节采样率大小。接收的震动信号即电压信号，理论上应该是一个完整的正弦波信号，但实际应用中会存在很多杂波的干扰，因此本方案使用互相关滤波算法对数据进行处理，并提取出震动的幅值相角。其利用一个周期的震动信号采样点，分别和一个标准的正弦波相乘，以及一个标准的余弦波相乘，得到两个数，这两个数即可合成一个矢量，将该矢量存储至缓存区中，在获取多个这样的矢量并满足存储上限后，再经过下述的滑动平均滤波，最终可得到需要的震动数据。互相关滤波的结果数据为一个矢量矢量计算过程如下：其中，X本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动平衡算法，其特征在于，包括如下步骤：步骤100，将待测试的动平衡部件放置在测试架上，以在电机的驱动下进行旋转，在测试架上安装有检测动平衡部件转速的测速传感器，和检测动平衡部件转动时震动大小的震动传感器；步骤200，在测试过程中，主控系统控制电机同时根据采集的数据分析当前动平衡部件的动平衡状态，在动平衡部件的每个转动周期内，采集预定数量的震动传感器的电压信号，并在该转动周期结束后将该转动周期采集的所有电压信号进行互相关滤波，再将结果数据保存在缓存区中，每个转动周期重复该过程直至完成测试；步骤300，当缓存区中的结果数据达到预定量时，将最开始存入的结果数据丢弃，并填入新周期的结果数据，然后启动滑动平均滤波算法对所有的结果数据进行一次计算以得到一个平均值，重复该过程，直至停止测试过程或平均值满足要求为止；步骤400，利用已确定的影响系数代入确定后的平均值进行计算，即可得到当前动平衡部件的不平衡量大小及不平衡位置。

【技术特征摘要】
1.一种动平衡算法，其特征在于，包括如下步骤：步骤100，将待测试的动平衡部件放置在测试架上，以在电机的驱动下进行旋转，在测试架上安装有检测动平衡部件转速的测速传感器，和检测动平衡部件转动时震动大小的震动传感器；步骤200，在测试过程中，主控系统控制电机同时根据采集的数据分析当前动平衡部件的动平衡状态，在动平衡部件的每个转动周期内，采集预定数量的震动传感器的电压信号，并在该转动周期结束后将该转动周期采集的所有电压信号进行互相关滤波，再将结果数据保存在缓存区中，每个转动周期重复该过程直至完成测试；步骤300，当缓存区中的结果数据达到预定量时，将最开始存入的结果数据丢弃，并填入新周期的结果数据，然后启动滑动平均滤波算法对所有的结果数据进行一次计算以得到一个平均值，重复该过程，直至停止测试过程或平均值满足要求为止；步骤400，利用已确定的影响系数代入确定后的平均值进行计算，即可得到当前动平衡部件的不平衡量大小及不平衡位置。2.根据权利要求1所述的动平衡算法，其特征在于，所述主控系统在测试前对整个测试环境进行初始化损伤，初始化对象包括存储芯片、定时器、调试串口、中断信号引脚、电机驱动总线及通信模块。3.根据权利要求1所述的动平衡算法，其特征在于，在动平衡部件...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭国炎，张秘，张爱杰，毛乐山，钟伦超，
申请(专利权)人：深圳至汉装备科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44