一種回轉(zhuǎn)體高精度轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在線測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于物理量測(cè)量領(lǐng)域，涉及一種回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量用于衡量回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)過程慣性的大小，是回轉(zhuǎn)體質(zhì)量特性的重要方面。 回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量參數(shù)在工程上有很多應(yīng)用，因此準(zhǔn)確快速地測(cè)量回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量具有 重要意義。回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量，從小型回轉(zhuǎn)體到大型回轉(zhuǎn)體，從簡單回轉(zhuǎn)體到復(fù)雜回 轉(zhuǎn)體，國內(nèi)外學(xué)者都做了大量的研宄?；剞D(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量方法主要集中在自由落體 法以及自由減速法、二線擺法、扭擺法。
[0003] 然而上述方法都不能同時(shí)滿足在線以及高精度的測(cè)量要求。自由落體法和自由減 速法能夠?qū)崿F(xiàn)在線大批量測(cè)量，但是測(cè)量過程受溫度的影響，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)慣量誤差較大。三線 擺法、扭擺法有較高的測(cè)量精度但是不適合大批量在線測(cè)量。因此亟需一種回轉(zhuǎn)體高精度 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在線測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在線測(cè)量，并且有較高的測(cè)量精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種回轉(zhuǎn)體高精度轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在線測(cè)量方法，解決傳統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量在線測(cè)量方法（自由落體法和自由減速法）測(cè)量精度不高的問題。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：
[0006] (1)電機(jī)電流與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量關(guān)系建模：根據(jù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和電機(jī)電流成正比以及電 機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩等于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角加速度的乘積，推導(dǎo)出電機(jī)電流和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的關(guān)系：
[0007] Δ I = a · (J0+J額）
[0008] 其中，Δ I為電機(jī)以恒定的角加速度切換速度過程的電機(jī)電流差，a為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電 流系數(shù)，Jtl為電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，J _為安裝在電機(jī)軸上的回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；
[0009] (2)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電流系數(shù)以及電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的標(biāo)定：在電機(jī)軸上安裝已知轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量的標(biāo)準(zhǔn)塊，并測(cè)量得到電機(jī)以所述角加速度切換速度過程的電機(jī)電流差△ I，利用多個(gè) 已知轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的標(biāo)準(zhǔn)塊各自所對(duì)應(yīng)的△ I，并根據(jù)所述電機(jī)電流和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的關(guān)系，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量電流系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，然后確定Jtl;
[0010] ⑶回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量：用被測(cè)回轉(zhuǎn)體替換安裝在電機(jī)軸上的已知轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 的標(biāo)準(zhǔn)塊，然后測(cè)量得到電機(jī)以所述角加速度切換速度過程的電機(jī)電流差△ I，然后根據(jù)標(biāo) 定好的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電流系數(shù)以及J〇,計(jì)算被測(cè)回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
[0011] 所述步驟（1)具體包括以下步驟：
[0012] ①根據(jù)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和電機(jī)電流的關(guān)系得：
[0013] T = K · I (1)
[0014] 其中，T為電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，I為電機(jī)電流，K為電機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)；
[0015] ②由牛頓運(yùn)動(dòng)定理知：
[0016] T1-T2= J · β (2)
[0017] 其中T1為電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，T2為電機(jī)摩擦轉(zhuǎn)矩，J為電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，β為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 角加速度；
[0018] ③由公式⑴和公式⑵得：
[0019] K · (I1-I2) = J · β (3)
[0020] 其中I1S電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流，對(duì)應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，12為電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行電流，對(duì)應(yīng)電機(jī)摩 擦轉(zhuǎn)矩；
[0021] ④將公式（3)變形得：
[0022] I1-I2= (β/Κ) · J ⑷
[0023] 當(dāng)角加速度為定值時(shí)，β /K為常量，因此公式（4)表示為：
[0024] Δ I = a · J (5)
[0025] 其中，a = β /Κ，Δ I = I1-I2;
[0026] 當(dāng)電機(jī)軸安裝回轉(zhuǎn)體時(shí)，J = JQ+J額，則公式（5)寫成：
[0027] Λ I = a · (J0+J額）（6)
[0028] 0
[0029] 所述步驟（2)具體包括以下步驟：
[0030] ①設(shè)用來標(biāo)定的已知轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的回轉(zhuǎn)體的數(shù)量為n，依次記做1#標(biāo)準(zhǔn)塊，2#標(biāo)準(zhǔn) 塊，......，n#標(biāo)準(zhǔn)塊，這些標(biāo)準(zhǔn)塊的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量表示為Ji, i = 1，2,......，n，設(shè)定電機(jī)啟動(dòng)方 式為恒加速度啟動(dòng)，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊和電機(jī)軸能夠一起轉(zhuǎn)動(dòng)，且沒有速度差；
[0031] ②啟動(dòng)電機(jī)加速到第一轉(zhuǎn)速，速度穩(wěn)定之后加速到第二轉(zhuǎn)速，將測(cè)量得到的第一 轉(zhuǎn)速到第二轉(zhuǎn)速之間加速過程的電流作為I 1，以及將電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)于第二轉(zhuǎn)速的電流作為 12,相減得到電機(jī)電流差A(yù)l = I1-I2;
[0032] ③重復(fù)步驟②，直到η個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊各自對(duì)應(yīng)的電機(jī)電流差Λ Ii測(cè)量完成，i = 1，2，······，]!;
[0033] ④根據(jù)所述電機(jī)電流和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的關(guān)系，得到以下公式：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種回轉(zhuǎn)體高精度轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在線測(cè)量方法，其特征在于：包括w下步驟： (1) 電機(jī)電流與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量關(guān)系建模：根據(jù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和電機(jī)電流成正比W及電機(jī)驅(qū) 動(dòng)轉(zhuǎn)矩等于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角加速度的乘積，推導(dǎo)出電機(jī)電流和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的關(guān)系： AI=a? (Jo+J額） 其中，AI為電機(jī)W恒定的角加速度切換速度過程的電機(jī)電流差，a為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電流系 數(shù)，J。為電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，J為安裝在電機(jī)軸上的回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； (2) 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電流系數(shù)W及電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的標(biāo)定：在電機(jī)軸上安裝已知轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 的標(biāo)準(zhǔn)塊，并測(cè)量得到電機(jī)W所述角加速度切換速度過程的電機(jī)電流差A(yù)I，利用多個(gè)已知 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的標(biāo)準(zhǔn)塊各自所對(duì)應(yīng)的AI，并根據(jù)所述電機(jī)電流和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的關(guān)系，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 電流系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，然后確定J。； (3) 回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量；用被測(cè)回轉(zhuǎn)體替換安裝在電機(jī)軸上的已知轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的標(biāo) 準(zhǔn)塊，然后測(cè)量得到電機(jī)W所述角加速度切換速度過程的電機(jī)電流差A(yù)I，然后根據(jù)標(biāo)定好 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電流系數(shù)化及J。，計(jì)算被測(cè)回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種回轉(zhuǎn)體高精度轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在線測(cè)量方法，其特征在于：所述 步驟（1)具體包括W下步驟： ① 根據(jù)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩和電機(jī)電流的關(guān)系得： T=K?I (1)其中，T為電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，I為電機(jī)電流，K為電機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)； ② 由牛頓運(yùn)動(dòng)定理知： Ti-T2=J? 0 (2) 其中Ti為電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，T2為電機(jī)摩擦轉(zhuǎn)矩，J為電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，0為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角加 速度； ⑨由公式（1)和公式似得： K?Qi-y=J? 0 (3) 其中Ii為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流，對(duì)應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，12為電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行電流，對(duì)應(yīng)電機(jī)摩擦轉(zhuǎn) 矩； ④將公式（3)變形得： Ii-l2= (0/K) ?J(4) 當(dāng)角加速度為定值時(shí)，e/K為常量，因此公式（4)表示為： AI=a?J (5) 其中，a=e/K，AI=I1-I2; 當(dāng)電機(jī)軸安裝回轉(zhuǎn)體時(shí)，J= 則公式巧）寫成： AI=a? (Jo+J額） （6)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種回轉(zhuǎn)體高精度轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在線測(cè)量方法，其特征在于：所述 步驟（2)具體包括W下步驟： ① 設(shè)用來標(biāo)定的已知轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的回轉(zhuǎn)體的數(shù)量為n，依次記做1#標(biāo)準(zhǔn)塊，2#標(biāo)準(zhǔn) 塊，......，n#標(biāo)準(zhǔn)塊，該些標(biāo)準(zhǔn)塊的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量表示為Ji，i= 1，2,......，n，設(shè)定電機(jī)啟動(dòng)方 式為恒加速度啟動(dòng)，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊和電機(jī)軸能夠一起轉(zhuǎn)動(dòng)，且沒有速度差； ② 啟動(dòng)電機(jī)加速到第一轉(zhuǎn)速，速度穩(wěn)定之后加速到第二轉(zhuǎn)速，將測(cè)量得到的第一轉(zhuǎn)速 到第二轉(zhuǎn)速之間加速過程的電流作為Ii，W及將電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)于第二轉(zhuǎn)速的電流作為12， 相減得到電機(jī)電流差A(yù)I=I1-I2; ⑨重復(fù)步驟②，直到n個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊各自對(duì)應(yīng)的電機(jī)電流差A(yù)li測(cè)量完成，i= 1，2,……， n； ④根據(jù)所述電機(jī)電流和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的關(guān)系，得到W下公式：
(7) ⑥ 將公式（7)中的公式兩兩相減得到公式巧）：
(8) ⑧ 根據(jù)公式（8)計(jì)算得到個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電流系數(shù)，對(duì)公式（8)計(jì)算得到的所 有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電流系數(shù)求平均，得到標(biāo)定的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電流系數(shù)a:
(9) ⑦ 不安裝任何標(biāo)準(zhǔn)塊，重復(fù)步驟②，測(cè)得電機(jī)軸空轉(zhuǎn)下的電機(jī)電流差A(yù)I。； ⑨ 根據(jù)AI。和步驟⑧標(biāo)定的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電流系數(shù)a,得到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； J〇=AI〇/a (10)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述一種回轉(zhuǎn)體高精度轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在線測(cè)量方法，其特征在于： n^ 4。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種回轉(zhuǎn)體高精度轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在線測(cè)量方法，其特征在于：所述 步驟（3)具體包括W下步驟： ①安裝被測(cè)回轉(zhuǎn)體；要求被測(cè)回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量所在軸和電機(jī)軸重合，并且被測(cè)回轉(zhuǎn) 體和電機(jī)軸能夠一起轉(zhuǎn)動(dòng)，且沒有速度差，設(shè)定電機(jī)啟動(dòng)方式為恒加速度啟動(dòng)； ②啟動(dòng)電機(jī)加速到第一轉(zhuǎn)速，速度穩(wěn)定之后加速到第二轉(zhuǎn)速，測(cè)量得到第一轉(zhuǎn)速到第 二轉(zhuǎn)速之間加速過程的電流II胃，W及電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)于第二轉(zhuǎn)速的電流12胃，相減得到電機(jī) 電流差A(yù)I測(cè)=Ii測(cè)-I2測(cè)； ⑨根據(jù)標(biāo)定的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電流系數(shù)a和電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J0計(jì)算被測(cè)回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣 量J測(cè)：
(11)
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種回轉(zhuǎn)體高精度轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在線測(cè)量方法，其特征在于：所述 電機(jī)為=相異步電機(jī)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種回轉(zhuǎn)體高精度轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在線測(cè)量方法，包括3個(gè)步驟：(1)電機(jī)電流與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量關(guān)系建模：根據(jù)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和電流成正比以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩等于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角加速的乘積，推導(dǎo)出電機(jī)電流和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的關(guān)系；(2)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電流系數(shù)及電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的標(biāo)定：通過若干個(gè)已知轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的標(biāo)準(zhǔn)塊，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電流系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，然后確定電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；(3)回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量：通過測(cè)量電機(jī)電流，根據(jù)標(biāo)定好的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電流系數(shù)，計(jì)算回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量方法不僅能夠?qū)崿F(xiàn)在線測(cè)量，而且具有較高的測(cè)量精度，測(cè)量精度在3％以內(nèi)，能夠滿足大部分測(cè)量要求。
【IPC分類】G01M1-10
【公開號(hào)】CN104792461
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510197652
【發(fā)明人】陳虹任, 要義勇, 趙麗萍, 王亞飛
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月23日