基于主軸振動(dòng)檢測(cè)的雙自由度精密離心機(jī)副軸動(dòng)不平衡量辨識(shí)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種雙自由度精密離心機(jī)副軸動(dòng)不平衡量的辨識(shí)方法，尤其涉及一種 基于主軸振動(dòng)檢測(cè)的雙自由度精密離心機(jī)副軸動(dòng)不平衡量辨識(shí)方法，屬于精密離心機(jī)配平
技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 慣性導(dǎo)航技術(shù)的發(fā)展離不開高精度的慣性儀表，如加速度計(jì)、陀螺儀等，而高精度 的慣性儀表需要更高精度的測(cè)試設(shè)備進(jìn)行測(cè)試和標(biāo)定。具有指北精度的雙軸精密離心機(jī)能 夠?yàn)榧铀俣扔?jì)或慣性組件提供某一方向上的正弦加速度，從而測(cè)試負(fù)載的動(dòng)態(tài)特性。為保 證此正弦加速度的精度，需要保證主軸和副軸運(yùn)行時(shí)的同步精度，而高精度的同步控制必 然會(huì)受到副軸運(yùn)行平穩(wěn)性和精度的影響。由于制造、加工、裝配等工藝水平的限制，使精密 離心機(jī)副軸轉(zhuǎn)子上存在一個(gè)質(zhì)量偏心，導(dǎo)致離心機(jī)在大過載高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過程中，副軸質(zhì) 量的不均勻分布會(huì)產(chǎn)生巨大的離心作用，從而給副軸引入一個(gè)較大的干擾作用，進(jìn)而影響 雙自由度精密離心機(jī)的同步精度。因此，需要對(duì)其不平衡量進(jìn)行辨識(shí)以達(dá)到配平前期準(zhǔn)備 的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提出一種基于主軸振動(dòng)檢測(cè)的雙自由度精密離心機(jī)副軸動(dòng)不平 衡量辨識(shí)方法，以解決現(xiàn)有的雙自由度精密離心機(jī)副軸動(dòng)不平衡量的辨識(shí)問題。
[0004] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0005] -種基于主軸振動(dòng)檢測(cè)的雙自由度精密離心機(jī)副軸動(dòng)不平衡量辨識(shí)方法，所述方 法包括以下步驟：
[0006] 步驟一、測(cè)試雙自由度精密離心機(jī)主軸振動(dòng)信號(hào)，獲得所述離心機(jī)的主軸傾側(cè)角 度Φ和主軸動(dòng)不平衡量相位Ump;
[0007] 步驟二、雙自由度精密離心機(jī)副軸動(dòng)不平衡量相位辨識(shí)：
[0008] 結(jié)合所述主軸動(dòng)不平衡量相位Ump，通過比較負(fù)載艙在不同定位角度對(duì)應(yīng)的主軸振 動(dòng)信號(hào)幅值，獲得離心機(jī)副軸動(dòng)不平衡量相位Ucp ;
[0009] 步驟三、雙自由度精密離心機(jī)副軸動(dòng)不平衡量幅值計(jì)算：
[0010] 利用離心機(jī)副軸動(dòng)不平衡量相位Ucp，通過測(cè)量負(fù)載艙的不平衡量在0°和180°時(shí)對(duì) 應(yīng)的主軸振動(dòng)信號(hào)幅值，計(jì)算離心機(jī)副軸動(dòng)不平衡量幅值U ca;
[0011]至此完成雙自由度精密離心機(jī)副軸動(dòng)不平衡量辨識(shí)。
[0012] 步驟二所述的雙自由度精密離心機(jī)副軸動(dòng)不平衡量相位辨識(shí)的具體過程如下：
[0013] 步驟二一、驅(qū)動(dòng)雙自由度精密離心機(jī)主軸以6度/秒的角速度運(yùn)行一個(gè)機(jī)械圓周， 采集微位移傳感器SjPS2的數(shù)據(jù)R iq ()和R2q ();微位移傳感器信號(hào)的數(shù)據(jù)采集方式為 位置采樣，即固定采樣位置間隔為S度，則采樣點(diǎn)數(shù)為η = 360/δ，δ的選取要使n為整數(shù)，gp 為離散的主軸角位置信號(hào)，j = l，2,. . .，n，所得數(shù)據(jù)為不平衡測(cè)量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)；
[0014] 步驟二二、驅(qū)動(dòng)雙自由度精密離心機(jī)主軸以某一角速度ω運(yùn)行，將副軸在機(jī)械圓 周上進(jìn)行均分，初始角位置點(diǎn)為9q = 0°，第k次均分的角度間隔為A0CRk，控制副軸在每個(gè)均 分角位置點(diǎn)9Cl(i = l，2,3, . . .，N)做位置定點(diǎn)伺服;記錄副軸在各個(gè)角位置點(diǎn)上時(shí)主軸微位 移傳感器SjPS2的數(shù)據(jù)Rlu(Q w)和R2U(0W)，數(shù)據(jù)采集方式同步驟二一；
[0015] 步驟二三、計(jì)算在該角速度下的離心機(jī)主軸傾側(cè)角度：
[0016] 采用相關(guān)濾波法提取微位移傳感器SjP微位移傳感器52采集數(shù)據(jù)的一次諧波成 分，具體過程為：
[0017] 米集數(shù)據(jù)Ri (0Mj)和R2 (0Mj)的一次諧波的幅值A(chǔ)l、A2，初始相位角A 賢2.分另Il為：
[0022] 兩個(gè)微位移傳感器采集數(shù)據(jù)的一次諧波成分分別記為：
[0023] ri(0Mj) = Aisin( Θμ」+ Φ 1)和r2( Θμ」）= A2sin(0Mj+ Φ 2)，其矢量形式分別為6和毛;.則 在該角速度下的離心機(jī)主軸幾何軸線的相對(duì)變化量為
[0024] f = r, - r0
[0025] 其中，=1.-^.，6 =? -^ ;利用相關(guān)濾波法可以得到矢量蘆的幅值為ArJJ 在該角速度下的離心機(jī)主軸傾側(cè)角度可由下式計(jì)算
[0027] 所述Φ表示每個(gè)均分角位置點(diǎn)的離心機(jī)主軸傾側(cè)角度；
[0028] 步驟二四、在離心機(jī)主軸傾側(cè)角度達(dá)到最大或最小的角位置點(diǎn)附近對(duì)副軸機(jī)械圓 周進(jìn)一步進(jìn)行均分，使得均分角度間隔逐漸減小，即Δ 0CR1> Δ 0CR2> ...，直到副軸位置定 點(diǎn)伺服角度間隔值A(chǔ) 0CRk滿足不平衡相位辨識(shí)分辨率要求為止;按照步驟二三計(jì)算不同位 置定點(diǎn)下的主軸傾斜角，則副軸動(dòng)不平衡量相位可由下式得到
[0030] 其中，Ucp表示副軸動(dòng)不平衡量相位，Ump表示主軸動(dòng)不平衡量相位，由于雙自由度 精密離心機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其取值只存在兩種情況:U MP = 0,即主軸動(dòng)不平衡指向負(fù)載艙;Ump =JT，即主軸動(dòng)不平衡指向配重艙。
[0031 ]步驟三中，雙自由度精密離心機(jī)副軸動(dòng)不平衡量幅值計(jì)算的具體過程如下：
[0032]步驟三一、驅(qū)動(dòng)雙自由度精密離心機(jī)主軸以某一角速度ω運(yùn)行，控制副軸在角位 置點(diǎn)1^做位置定點(diǎn)伺服;記錄主軸微位移傳感器31和32的數(shù)據(jù)1^(^()(9^)和1^(^()(9?1」），按 照步驟二三的方法得到兩個(gè)微位移傳感器采集數(shù)據(jù)的一次諧波分別為
[0033]步驟三二、驅(qū)動(dòng)雙自由度精密離心機(jī)主軸以某一角速度ω運(yùn)行，控制副軸在角位 置點(diǎn)Ucp+180°做位置定點(diǎn)伺服。記錄主軸微位移傳感器Sl和S2的數(shù)據(jù)RlC^PlSQ(9Mj)和R2cjCP180 ()，按照步驟二三的方法得到兩個(gè)微位移傳感器采集數(shù)據(jù)的一次諧波分別為^Lcpis,,和 iLcPlSiI ;
[0034] 步驟三三、計(jì)算副軸動(dòng)不平衡量幅值過程如下：
[0035] 步驟三一和步驟三二兩種情況下主軸幾何軸線的方位矢量分別為：
[0038]則兩種情況下離心機(jī)主軸幾何軸線的相對(duì)變化量：
[0040]若的幅值為Αω?Ρ，則兩種情況下主軸傾角差δ φ為：
[0042]式中，Akp單位為伏，C為電渦流微位移傳感器比例常數(shù)(單位:微米每伏），h為兩電 渦流傳感器軸向間距(單位:米），A φω單位為角秒，則副軸動(dòng)不平衡量幅值可由下式計(jì)算 得到
[0044] 式中，1?為副軸動(dòng)不平衡量幅值(單位:千克米），ΚΦ為主軸角剛度(單位:牛米/角 秒），g〇為當(dāng)?shù)刂亓铀俣龋琀為回轉(zhuǎn)臂中性面與主軸質(zhì)心間距(單位:米）。
[0045] 本發(fā)明的有益效果是：
[0046] 本發(fā)明方法為精密離心機(jī)的副軸軸系動(dòng)平衡校正提供了參考和依據(jù)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn) 了利用微位移傳感器對(duì)雙自由度精密離心機(jī)主軸振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，通過有效的實(shí)驗(yàn)方案 設(shè)計(jì)和空間矢量算法，能夠有效辨識(shí)精密離心機(jī)副軸動(dòng)不平衡量的相位和幅值。本發(fā)明方 法適用于辨識(shí)雙自由度精密離心機(jī)副軸動(dòng)不平衡量。
【附圖說明】
[0047]圖1為本發(fā)明的流程圖；
[0048]圖2為雙自由度臂式精密離心機(jī)結(jié)構(gòu)圖，其中，Rm為主軸軸線與副軸軸線的徑向距 離，Rc為副軸回轉(zhuǎn)半徑，L為大臂的高度，Oa為主軸和大臂中性面的交點(diǎn)，Or為主軸的旋轉(zhuǎn)中 心，H為Oa和Or之間的距離，h為微位移傳感器5:和微位移傳感器5 2之間的軸向距離，ω為運(yùn) 行角速度；
[0049] 圖3為副軸動(dòng)不平衡量相位辨識(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及對(duì)應(yīng)各細(xì)分位置點(diǎn)的主軸傾側(cè)角示意 圖；
[0050] 圖4為副軸動(dòng)不平衡量幅值計(jì)算實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)示意圖，其中Ucp表示副軸不平衡量相位；
[0051] 圖5為主軸軸系幾何關(guān)系圖，1為微位移傳感器Si測(cè)試平面，2為主軸，3為微位移傳 感器S2測(cè)試平面，Δ φ為副軸不平衡量造成的主軸傾角變化，〇R為主軸的旋轉(zhuǎn)中心，h為微位 移傳感器Si和微位移傳感器S 2之間的距離；
[0052]圖6為仿真所采用的質(zhì)量塊位置分布圖，情形1-4分別對(duì)應(yīng)副軸動(dòng)不平衡存在形式 為靜不平衡、準(zhǔn)靜不平衡、動(dòng)不平衡(靜不平衡與偶不平衡相位差45度)和動(dòng)不平衡(靜不平 衡與偶不平衡相位差90度），其中大球體為加入靜不平衡質(zhì)量塊，小球體為加入偶不平衡質(zhì) 量塊，立方體為配平質(zhì)量塊；
[0053] 圖7為雙自由度精密離心機(jī)副軸動(dòng)不平衡量相位辨識(shí)仿真結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0054] 結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
【具體實(shí)施方式】 [0055] 一:下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的基于主軸振動(dòng) 檢測(cè)的雙自由度精密離心機(jī)副軸動(dòng)不平衡量辨識(shí)方法，包括以下步驟：
[0056] 步驟一、測(cè)試雙自由度精密離心機(jī)主軸振動(dòng)信號(hào)，獲得所述離心機(jī)的主軸傾側(cè)角 度Φ和主軸動(dòng)不平衡量相位Ump;
[0057]步驟二、雙自由度精密離心機(jī)副軸動(dòng)不平衡量相位辨識(shí)：
[0058]結(jié)合所述主軸動(dòng)不平衡量相位Ump，通過比較負(fù)載艙在不同定位角度對(duì)應(yīng)的主軸振 動(dòng)信號(hào)幅值，獲得離心機(jī)副軸動(dòng)不平衡量相位Ucp ;
[0059]步驟三、雙自由度精密離心機(jī)副軸動(dòng)不平衡量幅值計(jì)算：
[0060]利用離心機(jī)副軸動(dòng)不平衡量相位Ucp，通過測(cè)量負(fù)載艙的不平衡量在0°和180°時(shí)對(duì) 應(yīng)的主軸振動(dòng)信號(hào)幅值，計(jì)算離心機(jī)副軸動(dòng)不平衡量幅值Uca;
[0061 ]至此完成雙自由度精密離心機(jī)副軸動(dòng)不平衡量辨識(shí)。
[0062]【具體實(shí)施方式】二：下面結(jié)合圖1~3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】 一不同的是：
[0063] 步驟二所述的雙自由度精密離心機(jī)副軸動(dòng)不平衡量相位辨識(shí)的具體過程如下：
[0064] 步驟二一、驅(qū)動(dòng)雙自由度精密離心機(jī)主軸以6度/秒的角速度運(yùn)行一個(gè)機(jī)械圓周， 采集微位移傳感器SjPS2的數(shù)據(jù)R iq ()和R2q ();微位移傳感器信號(hào)的數(shù)據(jù)采集方式為 位置采樣，即固定采樣位置間隔為S度，則采樣點(diǎn)數(shù)為η = 360/δ，δ的選取要使n為整數(shù)，gp 為離散的主軸角位置信號(hào)，j = l，2,...，n，所得數(shù)據(jù)為不平衡測(cè)量基準(zhǔn)數(shù)據(jù)；
[0065]步驟二二、驅(qū)動(dòng)雙自由度精密離心機(jī)主軸以某一角速度ω運(yùn)行，將副軸在機(jī)械圓 周上進(jìn)行均分，初始角位置點(diǎn)為9q = 0°，第k次均分的角度間隔為A0CRk，控制副軸在每個(gè)均 分角位置點(diǎn)9Cl(i = l，2,3, . . .，N)做位置定點(diǎn)伺服;記錄副軸在各個(gè)角位置點(diǎn)上時(shí)主軸微位 移傳感器SjPS2的數(shù)據(jù)Rlu(Q w)和R2U(0W)，數(shù)據(jù)采集方式同步驟二一；
[0066]步驟二三、計(jì)算在該角速度下的離心機(jī)主軸傾側(cè)角度：
[0067] 采用相關(guān)濾波法提取微位移傳感器SjP微位移傳感器52采集數(shù)據(jù)的一次諧波成 分，具體過程為：
[0068] 米集數(shù)據(jù)Rl (9Mj)和R2 (9Mj)的一次諧波的幅值A(chǔ)l、A2，初始相位角釣.、識(shí)2分別為：
[0073] 兩個(gè)微位移傳感器采集數(shù)據(jù)的一次諧波成分分別記為：
[