轉(zhuǎn)子硬支承動(dòng)不平衡測(cè)試的電路頻率特性誤差補(bǔ)償方法
【專(zhuān)利摘要】一種電學(xué)測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】的轉(zhuǎn)子硬支承動(dòng)不平衡測(cè)試的電路頻率特性誤差補(bǔ)償方法，在不需要增加或改動(dòng)任何硬件的情況下，系統(tǒng)分別產(chǎn)生三個(gè)不同頻率的正弦信號(hào)，根據(jù)不同頻率信號(hào)經(jīng)系統(tǒng)后的輸出結(jié)果，對(duì)電路的三階低通濾波環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)，擬合出實(shí)際傳遞函數(shù)，從而消除由于硬件調(diào)理電路中電容容值分散以及電阻阻值變化、溫度漂移等對(duì)測(cè)量造成的影響，實(shí)現(xiàn)無(wú)損補(bǔ)償。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種電學(xué)測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】的方法，具體是一種轉(zhuǎn)子硬支承動(dòng)不平衡 測(cè)試的電路頻率特性誤差補(bǔ)償方法。 轉(zhuǎn)子硬支承動(dòng)不平衡測(cè)試的電路頻率特性誤差補(bǔ)償方法

【背景技術(shù)】
[0002] 通用硬支承動(dòng)不平衡測(cè)量系統(tǒng)要求適用于一定的轉(zhuǎn)速范圍，通常為120? 6000rms，即動(dòng)不平衡信號(hào)的頻率范圍為2?100Hz。對(duì)于常見(jiàn)的拾振傳感器為磁電式速度 傳感器的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，傳感器輸出信號(hào)與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。理論上，通過(guò)三次積分環(huán)節(jié)就 可以消除轉(zhuǎn)速的影響。但積分環(huán)節(jié)對(duì)慢漂移的增益太大，故生產(chǎn)實(shí)踐中多以三階低通濾波 電路替代。該低通濾波電路截止頻率的選擇需要綜合考慮。如果截止頻率過(guò)高，則高轉(zhuǎn)速 下的不平衡信號(hào)容易飽和，且對(duì)高頻干擾抑制不夠；過(guò)低則在低轉(zhuǎn)速下對(duì)不平衡信號(hào)的衰 減過(guò)大，影響測(cè)量精度。對(duì)于截止頻率固定的測(cè)量系統(tǒng)，截止頻率通常選在信號(hào)頻率范圍的 對(duì)數(shù)中點(diǎn)即10Hz左右。顯然，該三階低通濾波器的頻率特性與傳感器輸出的轉(zhuǎn)速特性（立 方曲線特性）不能完全對(duì)消，引起測(cè)量誤差。解決問(wèn)題的方法是在軟件系統(tǒng)中設(shè)置頻率補(bǔ) 償模塊，該模塊的傳遞函數(shù)與濾波電路的傳遞函數(shù)成倒數(shù)關(guān)系，由此消除硬件濾波環(huán)節(jié)頻 率特性對(duì)動(dòng)不平衡信號(hào)的影響。
[0003] RC低通濾波電路中電容的容值分散性比較大，通常情況下電容值的變化范圍在 ±10%左右，這使得按器件名義值獲得的傳遞函數(shù)與實(shí)際不符，補(bǔ)償效果不佳。分析表明當(dāng) 電路中電容誤差為10 %時(shí)，補(bǔ)償后頻率和相位誤差在電路截止頻率附近達(dá)到最大值，分別 為37%和15度。此外，環(huán)境溫度的變化引起的電阻阻值和電容容值的變化，也會(huì)導(dǎo)致濾波 器的頻率特性變化。
[0004] 經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)號(hào)CN103746714A公開(kāi)（公告）日 2014. 04. 23,公開(kāi)了一種接收機(jī)射頻頻率響應(yīng)的數(shù)字補(bǔ)償方法，包括：步驟S1 :對(duì)接收機(jī)進(jìn) 行η次掃頻測(cè)試，得到η個(gè)掃頻結(jié)果；步驟S2 :根據(jù)該η個(gè)掃頻結(jié)果確定該η次掃頻測(cè)試中 每次掃頻測(cè)試時(shí)的射頻本振信號(hào)所對(duì)應(yīng)的濾波器；步驟S3 :將步驟S2得到的濾波器的系 數(shù)存儲(chǔ)至存儲(chǔ)器中；步驟S4 :配置接收機(jī)當(dāng)前的射頻本振信號(hào)；步驟S5 :根據(jù)該當(dāng)前的射 頻本振信號(hào)的頻率在該存儲(chǔ)器中進(jìn)行查找，得到該當(dāng)前的射頻本振信號(hào)對(duì)應(yīng)的濾波器的系 數(shù)。該技術(shù)能夠在射頻本振信號(hào)連續(xù)可變的情況下對(duì)不同射頻本振信號(hào)的頻率響應(yīng)做動(dòng)態(tài) 的補(bǔ)償。但該技術(shù)的缺陷和不足在于，系統(tǒng)需要在一定頻率范圍內(nèi)對(duì)所有頻率進(jìn)行掃頻，計(jì) 算濾波器系數(shù)，從而對(duì)信號(hào)頻率進(jìn)行補(bǔ)償，運(yùn)算量大，運(yùn)算過(guò)程復(fù)雜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種轉(zhuǎn)子硬支承動(dòng)不平衡測(cè)試的電路 頻率特性誤差補(bǔ)償方法，根據(jù)不同頻率信號(hào)經(jīng)系統(tǒng)后的輸出結(jié)果，對(duì)電路的三階低通濾波 環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)，擬合出系統(tǒng)的實(shí)際傳遞函數(shù)，從而消除由于硬件調(diào)理電路中電容值分 散以及電阻阻值變化、溫度漂移等對(duì)測(cè)量造成的影響，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行辨識(shí)以后，可以對(duì)所有 頻率信號(hào)的頻率特性進(jìn)行無(wú)損補(bǔ)償。
[0006] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：本發(fā)明分別產(chǎn)生三個(gè)不同頻率的正弦信號(hào)， 根據(jù)三頻率信號(hào)經(jīng)系統(tǒng)后的輸出結(jié)果對(duì)硬件調(diào)理電路的三階低通濾波環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)， 擬合出實(shí)際傳遞函數(shù)，從而消除由于硬件調(diào)理電路中電容容值分散以及電阻阻值變化、溫 度漂移等對(duì)測(cè)量造成的影響，實(shí)現(xiàn)無(wú)損補(bǔ)償。
[0007] 所述的硬件調(diào)理電路由三階低通環(huán)節(jié)和增益調(diào)整環(huán)節(jié)組成。
[0008] 所述的三個(gè)不同頻率的正弦信號(hào)，是頻率分別為Ωρ Ω2、Ω3的正弦信號(hào)un、ui2、 ui3，其頻率分別從系統(tǒng)常用的頻率范圍的低、中和高頻范圍中作出選擇，將其作為系統(tǒng)輸入 信號(hào)即

【權(quán)利要求】
1. 一種轉(zhuǎn)子硬支承動(dòng)不平衡測(cè)試的電路頻率特性誤差補(bǔ)償方法，其特征在于，通過(guò)分 別產(chǎn)生三個(gè)不同頻率的正弦信號(hào)，根據(jù)不同頻率信號(hào)經(jīng)系統(tǒng)后的輸出結(jié)果對(duì)硬件調(diào)理電路 的三階低通濾波環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)，擬合出實(shí)際傳遞函數(shù)，從而消除由于硬件調(diào)理電路中 電容容值分散對(duì)測(cè)量造成的影響，實(shí)現(xiàn)無(wú)損補(bǔ)償。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的硬件調(diào)理電路由三次積分環(huán)節(jié)和增 益調(diào)整環(huán)節(jié)組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的三個(gè)不同頻率的正弦信號(hào)，為三個(gè)頻 率分別為Ωρ Ω2、Ω3的正弦信號(hào)un、ui2、ui3，其頻率分別從系統(tǒng)常用的頻率范圍的低、中 和高頻范圍中作出選擇，將其作為系統(tǒng)輸入信號(hào)即
其中：A為經(jīng)電路分 壓后的信號(hào)幅值； 所述的正弦信號(hào)由系統(tǒng)自檢模塊輸出。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的系統(tǒng)辨識(shí)是指：將系統(tǒng)輸入信號(hào)進(jìn)入 硬件調(diào)理電路進(jìn)行濾波得到輸出信號(hào)，經(jīng)采樣后通過(guò)相關(guān)算法擬合獲得采樣信號(hào)的幅值和 相位； 所述的輸出信號(hào)）
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征是，所述的采樣是指：一個(gè)周期內(nèi)的采樣點(diǎn)的個(gè) 數(shù)為n，進(jìn)行m個(gè)周期采樣，即每組頻率信號(hào)對(duì)應(yīng)N = mXη個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)，其中：n、m均為自然 常數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征是，所述的相關(guān)算法是指：將采樣得到的振動(dòng)信 號(hào)與同頻率的標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)和余弦信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，得到采樣信號(hào)中與參考信號(hào)同頻 率成分信號(hào)在初始相位上的投影分量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征是，所述的相關(guān)算法具體過(guò)程包括： i) 同頻率的標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)和余弦信號(hào)在[0, N]的范圍內(nèi)抽樣為：
ii) 分別將輸出信號(hào)ujt)與s(k)，c(k)進(jìn)行互相關(guān)運(yùn)算，得到：
則振動(dòng)信號(hào) 的幅值A(chǔ)和相位φ為：4 =
為輸出信號(hào)幅度值，N、n、k均為 自然常數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征是，所述的擬合是指：對(duì)輸入信號(hào)A和輸 出信號(hào)U。分別求拉氏變換，從而得到不同頻率信號(hào)對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)傳遞函數(shù)G(s);經(jīng)簡(jiǎn)化得到
為三次積分環(huán)節(jié)的通帶增益，K為初始設(shè) 定的增益調(diào)整模塊固定增益；經(jīng)進(jìn)一步數(shù)學(xué)變換得到：as3 + bs2 + cs =
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征是，當(dāng)采用三組不同頻率的輸入信號(hào)時(shí)，對(duì)
當(dāng)分別代入上述系統(tǒng)傳遞函數(shù)得到：
汄而得到硬件調(diào)理電路中 三次積分環(huán)節(jié)的實(shí)際傳遞函數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的無(wú)損補(bǔ)償是指：設(shè)置信號(hào)幅值和相 位補(bǔ)償環(huán)節(jié)的反函數(shù)G00
即補(bǔ)償后硬件調(diào)理電路總的傳遞函數(shù)為1，能夠?qū)? 信號(hào)還原到原始信號(hào)對(duì)應(yīng)的幅值和相位。
【文檔編號(hào)】G01M1/16GK104101465SQ201410380508
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月5日
【發(fā)明者】蔡萍, 秦如, 毛志勇, 王典, 高益 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)