一種基于dsp的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)高精度動(dòng)平衡測(cè)控裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)機(jī)械高精度在線動(dòng)平衡控制裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于DSP的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)高精度動(dòng)平衡測(cè)控裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]旋轉(zhuǎn)機(jī)械是機(jī)械系統(tǒng)重要的組成部分，在汽車、電力、石油、化工、航空航天等各廣泛的領(lǐng)域，以旋轉(zhuǎn)機(jī)械為核心的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)發(fā)揮著不可替代的作用。如:發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)、高精度加工磨床、高精度加工車床等等。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械被廣泛應(yīng)用的同時(shí)，機(jī)械振動(dòng)問(wèn)題成了制約旋轉(zhuǎn)機(jī)械被進(jìn)一步應(yīng)用的最大障礙。如何能夠保證轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中達(dá)到高精度的動(dòng)平衡是保證轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性、工作高效性的一項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)。
[0003]近年來(lái)人們對(duì)于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)高精度在線動(dòng)平衡技術(shù)測(cè)控方法和裝置不斷改進(jìn)，以求使轉(zhuǎn)子系統(tǒng)更加快速、高效達(dá)到高精度在線動(dòng)平衡。如專利申請(qǐng)“磨床砂輪動(dòng)態(tài)平衡測(cè)控系統(tǒng)”(CN1405541A，申請(qǐng)日期:2012.11.21)采用數(shù)字信號(hào)專用處理芯片DSP芯片TMS320F240設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)砂輪平衡頭傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)砂輪的動(dòng)態(tài)平衡。其主要特點(diǎn)是采用數(shù)字信號(hào)專用處理芯片設(shè)計(jì)，其組成的測(cè)控系統(tǒng)雖然具有一定的監(jiān)測(cè)與控制功能及抗干擾能力，但由于不能進(jìn)行數(shù)據(jù)的浮點(diǎn)型運(yùn)算且芯片運(yùn)算速度低，因此在高速磨削機(jī)床的高實(shí)時(shí)性、高精度的要求方面具有一定的不足，并且不能實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)測(cè)控功能。
[0004]同樣，在國(guó)內(nèi)很多動(dòng)平衡研究中，一些系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)平衡狀態(tài)的監(jiān)測(cè)功能和控制功能，但往往二者不能很好的發(fā)揮協(xié)調(diào)作用，監(jiān)測(cè)功能強(qiáng)則控制功能薄弱，控制功能強(qiáng)則監(jiān)測(cè)精度不夠，這就給動(dòng)平衡的測(cè)控帶來(lái)了一定的難度，因此需要設(shè)計(jì)一種既能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)又能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不平衡量的主動(dòng)控制的測(cè)控方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種基于DSP的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)高精度動(dòng)平衡測(cè)控裝置。
[0006]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種基于DSP的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)高精度動(dòng)平衡測(cè)控裝置，包括有振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、動(dòng)平衡頭、核心控制模塊、振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)調(diào)理模塊、轉(zhuǎn)速信號(hào)檢測(cè)調(diào)理模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、顯示模塊和電源模塊，所述的核心控制模塊為一主控芯片，所述的振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)調(diào)理模塊包括有依次串聯(lián)的振動(dòng)傳感器供電回路、振動(dòng)傳感器、信號(hào)調(diào)理電路一和程控放大電路，所述的轉(zhuǎn)速信號(hào)檢測(cè)調(diào)理模塊包括有相串聯(lián)的霍爾轉(zhuǎn)速傳感器和信號(hào)調(diào)理電路二，所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊包括有電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、直流電機(jī)A和直流電機(jī)B，直流電機(jī)A和直流電機(jī)B均與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路串聯(lián)，將所述的動(dòng)平衡頭和振動(dòng)傳感器安裝在振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、直流電機(jī)A和直流電機(jī)B安裝在動(dòng)平衡頭內(nèi)部，且直流電機(jī)A和直流電機(jī)B均通過(guò)蝸桿渦輪機(jī)構(gòu)與動(dòng)平衡頭的平衡環(huán)連接，所述的主控芯片分別與所述的顯示模塊、電源模塊、振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)調(diào)理模塊的程控放大電路、轉(zhuǎn)速信號(hào)檢測(cè)調(diào)理模塊的信號(hào)調(diào)理電路二和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路連接，電源模塊還分別與顯示模塊、振動(dòng)傳感器供電回路、霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的電源輸入接口和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路連接，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，霍爾轉(zhuǎn)速傳感器捕獲當(dāng)前轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路二的處理輸入到核心控制模塊的主控芯片事務(wù)管理器的捕獲模塊，主控芯片通過(guò)計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)的轉(zhuǎn)速信號(hào)脈沖得到當(dāng)前轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的轉(zhuǎn)頻，振動(dòng)傳感器將振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)的振動(dòng)信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路一的處理最終輸入到核心控制模塊的主控芯片的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中，提取在當(dāng)前轉(zhuǎn)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)頻下的振動(dòng)信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行傅里葉變換得到振動(dòng)信號(hào)的幅值，將該幅值與初始設(shè)定的危險(xiǎn)振值相比較，當(dāng)當(dāng)前振動(dòng)幅值高于危險(xiǎn)振值時(shí)，視當(dāng)前狀態(tài)為不平衡狀態(tài)，反之則為平衡狀態(tài)，若轉(zhuǎn)子系統(tǒng)處于不平衡狀態(tài)時(shí)，主控芯片驅(qū)動(dòng)動(dòng)平衡頭內(nèi)部的直流電機(jī)A和直流電機(jī)B帶動(dòng)平衡環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，在平衡過(guò)程中，振動(dòng)傳感器實(shí)時(shí)將采集到振動(dòng)信號(hào)輸入到主控芯片中，主控芯片實(shí)時(shí)分析判斷當(dāng)前轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并且主控芯片實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)A和直流電機(jī)B運(yùn)轉(zhuǎn)，直至轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)幅值低于初設(shè)定的危險(xiǎn)振值，即轉(zhuǎn)子系統(tǒng)達(dá)到平衡狀態(tài)，在平衡過(guò)程中，通過(guò)顯示模塊將平衡過(guò)程中實(shí)時(shí)振動(dòng)幅值和平衡狀態(tài)顯示出來(lái)。
[0007]所述的主控芯片的型號(hào)為TMS320F2812。
[0008]所述的振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)調(diào)理模塊、轉(zhuǎn)速信號(hào)檢測(cè)調(diào)理模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、顯示模塊均采用標(biāo)準(zhǔn)端口與核心控制模塊相連接，所述的振動(dòng)傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)5線航空接口端子與信號(hào)調(diào)理電路一連接，所述轉(zhuǎn)速信號(hào)檢測(cè)調(diào)理模塊與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊共同采用標(biāo)準(zhǔn)7線航空接口端子與動(dòng)平衡頭連接。
[0009]所述的程控放大電路包括有模擬電子開(kāi)關(guān)U02-⑶4051、模擬電子開(kāi)關(guān)U03-CD4051和運(yùn)算放大器LM358P，模擬電子開(kāi)關(guān)U03-CD4051的INCOM腳與濾波電容C5的一端連接，濾波電容C5的另一端與信號(hào)調(diào)理電路一連接，模擬電子開(kāi)關(guān)U03-⑶4051的VCC接電源模塊的VCC5b 口，濾波電容C6 —端接VCC5b，另一端接弱地，模擬電子開(kāi)關(guān)U03-CD4051的A、B、C接主控芯片的101、102、104腳，模擬電子開(kāi)關(guān)U03-CD4051的INH、VEE、VSS都接弱地，模擬電子開(kāi)關(guān)U03-CD4051的100-107腳分別接電阻R021-R028的一端，R021-R028的另一端接模擬電子開(kāi)關(guān)U02-CD4051的INCOM腳和運(yùn)算放大器LM358P的6腳，模擬電子開(kāi)關(guān)U02-CD4051的VCC接電源模塊的VCC5b 口，濾波電容C4 一端接VCC5b，另一端接弱地，模擬電子開(kāi)關(guān)U02-CD4051的A、B、C接主控芯片的101、102、104腳，模擬電子開(kāi)關(guān)U03-CD4051的INH、VEE、VSS都接弱地，模擬電子開(kāi)關(guān)U03-CD4051的100-107腳分別接電阻R011-R018的一端，ROl1-RO18的另一端接電阻R9的一端和運(yùn)算放大器LM358P的7腳，R9的另一端接二極管D02的正極和主控芯片的174腳，二極管D02的負(fù)極接電源模塊VCC 口，電阻RlO的一端接電源模塊的VCC5a，電阻RlO的另一端接運(yùn)算放大器LM358P的5腳和電阻Rll的一端，電阻Rll的另一端接弱地，運(yùn)算放大器LM358P的8腳接VCC5b，4腳接弱地。
[0010]所述的轉(zhuǎn)速信號(hào)檢測(cè)調(diào)理模塊的信號(hào)調(diào)理電路二包括有霍爾轉(zhuǎn)速傳感器連接端口 P12，霍爾轉(zhuǎn)速傳感器連接端口 P12上設(shè)有傳感器電源輸入接口 G、轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出接口 F和接地口 E，傳感器電源輸入接口 G分別連接電源模塊的VCC15 口、電容C84的一端和電阻R14的一端，電容C84的另一端接弱地，電阻R14的另一端分別連接轉(zhuǎn)速信號(hào)輸出接口 F、電阻R17的一端、電容Cll的一端和施密特觸發(fā)器芯片74HC132的IA腳，電阻R17的另一端接弱地，電容Cll的另一端接弱地，施密特觸發(fā)器芯片74HC132的IB腳接主控芯片的109腳，IY腳接電阻R12的一端，電阻R12的另一端接主控芯片的106腳和電阻R13的一端，電阻R13的另一端接弱地，24、28、34、38、4八、48、6冊(cè)腳全部接弱地，VCC腳接電源模塊的VCC5b，濾波電容C83 —端接VCC5b，另一端接弱地。
[0011]所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的電路連接為:包括有控制芯片L298HN，控制芯片L298HN的使能腳ENA、ENB接高電平VCC5b，輸入腳INl接主控芯片的95腳，輸入腳IN2接主控芯片的122腳，輸入腳IN3接核心控制模塊的主控芯片的98腳，輸入腳IN2接核心控制模塊主控芯片的124腳，VSS腳接電源模塊的直流VCC5b，VS腳接電源模塊的VCC24 口，輸出腳OUTl接消極特二極管Dll正極，消極特二極管Dll負(fù)極接電源模塊的VCC24 口，OUTl接電阻R15一端，電阻R15的另一端接耐壓電容C12的一端，耐壓電容C12另一端接控制芯片L298HN輸出腳0UT2，OUTl接消極特二極管D13的負(fù)極，消極特二極管D13的正極接強(qiáng)地，OUTl接直流電機(jī)A的A線，輸出腳0UT2接直流電機(jī)A的B線，輸出腳0UT3接消極特二極管D12正極，消極特二極管D12負(fù)極接VCC24，0UT3接電阻R16 —端，電阻R16的另一端接耐壓電容C13的一端，耐壓電容C13另一端接控制芯片L298HN的輸出腳0UT4，0UT3接消極特二極管D14的負(fù)極，消極特二極管D14的正極接強(qiáng)地，0UT3接直流電機(jī)B的C線，0UT4接直流電機(jī)B的D線，濾波電容C18接在VCC5b與弱地之間，極性電容C82正極接電源模塊的VCC24 口，負(fù)極接強(qiáng)地。
[0012]所述的電源模塊包括有24V直流電源、15V直流電源、5V直流電源、3.3V直流電源和1.8V直流電源，輸出接口依次分別為的VCC24 口、VCC15 口、VCC5b 口、VCC 口、VCC1.8口。24V直流電源用于所述振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)調(diào)理模塊的振動(dòng)傳感器供電，15V直流電源用于所述轉(zhuǎn)速信號(hào)檢測(cè)調(diào)理模塊的霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的供電，5V直流電源用于振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)調(diào)理模塊運(yùn)算放大器供電，運(yùn)算放大器分壓供電，電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片供電以及核心控制模塊供電電源的轉(zhuǎn)換，3.3V直流電源用于所述核心控制模塊外圍設(shè)備和顯示模塊的供電，1.8V電源用于所述核心控制模塊內(nèi)核的供電。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:(I)本發(fā)明通過(guò)振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)調(diào)理模塊的程控放大電路實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)信號(hào)不同倍數(shù)的放大，能夠?qū)⒑苄〉恼駝?dòng)信號(hào)放大很多倍，使核心控制芯片對(duì)其進(jìn)行平衡控制，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的高精度動(dòng)平衡；(2)本發(fā)明采用了高運(yùn)算速度，高精度的DSP芯片作為核心控制模塊的主控芯片，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的對(duì)振動(dòng)信號(hào)的實(shí)時(shí)檢測(cè)、處理、運(yùn)算，保證了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。(3)本發(fā)明采用了雙輸入直流電源模塊，24V直流電源和