在線動(dòng)平衡測(cè)試的相關(guān)信號(hào)處理與標(biāo)定算法研究.pdf

1、在高速數(shù)控機(jī)床的單元技術(shù)領(lǐng)域中，加快研究電主軸的在線自動(dòng)平衡技術(shù)，不僅會(huì)促進(jìn)我國(guó)高速加工技術(shù)的發(fā)展，而且具有極其重要的科學(xué)意義、工業(yè)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在線主動(dòng)平衡技術(shù)是一個(gè)涉及計(jì)算機(jī)控制、傳感器技術(shù)、測(cè)試技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)等多學(xué)科交叉的復(fù)雜問(wèn)題，設(shè)計(jì)合理高效的信號(hào)處理算法，提取動(dòng)不平衡信號(hào)并進(jìn)行不平衡量標(biāo)定是實(shí)現(xiàn)高精度在線動(dòng)平衡的關(guān)鍵。本課題在國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)的資助下，對(duì)在線動(dòng)平衡測(cè)試中的不平衡動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析、測(cè)試方法、測(cè)試信號(hào)處理、測(cè)

2、試系統(tǒng)標(biāo)定等核心問(wèn)題開(kāi)展研究，主要完成的工作如下:
　　 1、主軸系統(tǒng)不平衡的動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析
　　 根據(jù)主軸系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，構(gòu)建主軸系統(tǒng)有限元?jiǎng)恿W(xué)的實(shí)體模型，對(duì)主軸系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)模態(tài)分析，揭示主軸系統(tǒng)在自由模態(tài)下的動(dòng)力特性。在此基礎(chǔ)上通過(guò)動(dòng)力學(xué)模型的理論求解和有限元模型的仿真分析，計(jì)算了電主軸在不平衡量作用下的傳遞特性，分析了主軸系統(tǒng)對(duì)不平衡引起的動(dòng)力響應(yīng)特性以及不同不平衡量的振動(dòng)響應(yīng)變化規(guī)律。理論求解和數(shù)值仿真的結(jié)論同時(shí)

3、表明:轉(zhuǎn)速不變，阻尼一定時(shí)，電主軸不平衡動(dòng)態(tài)響應(yīng)是與轉(zhuǎn)速同頻的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，且振幅大小與不平衡量成正比。
　　 2、電主軸振動(dòng)信號(hào)的成分分析與趨勢(shì)項(xiàng)處理
　　 根據(jù)在線動(dòng)平衡測(cè)試的原理，對(duì)比分析了適合于系統(tǒng)信號(hào)采集的幾種傳感器的原理和特性，并對(duì)系統(tǒng)所需的基準(zhǔn)信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)的獲取和處理方式分別進(jìn)行了詳細(xì)論述。考慮到由于零點(diǎn)漂移等問(wèn)題，會(huì)使加速度信號(hào)時(shí)域積分后產(chǎn)生趨勢(shì)項(xiàng)。因此，論文在最小二乘擬合法的基礎(chǔ)上，提出了消除趨勢(shì)項(xiàng)的加速

4、度信號(hào)時(shí)域積分算法，并通過(guò)仿真進(jìn)行分析驗(yàn)證，為后續(xù)的動(dòng)不平衡信號(hào)的特征提取奠定了必要的基礎(chǔ)。
　　 3、動(dòng)不平衡信號(hào)及其特征參數(shù)的提取算法
　　 針對(duì)電主軸振動(dòng)信號(hào)低信噪比、強(qiáng)干擾的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了兩種不平衡信號(hào)幅值和相位提取的方法。注意到常規(guī)互相關(guān)分析提取相位時(shí)，會(huì)因量化誤差和近頻干擾而降低相位提取精度，論文提出了一種基于改進(jìn)的互相關(guān)分析的不平衡信號(hào)提取方法。在兩級(jí)FIR濾波器消噪和利用減法運(yùn)算衰減大幅值信號(hào)后，再對(duì)

5、互相關(guān)運(yùn)算提取相位和幅值的算法進(jìn)行了修改簡(jiǎn)化。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該方法在提取振動(dòng)信號(hào)幅值和相位的精度上比之常規(guī)互相關(guān)方法有明顯改善。
　　 研究表明，自適應(yīng)冗余第二代小波能有效抑制頻率混疊現(xiàn)象，在此基礎(chǔ)上，本文提出了一種自適應(yīng)冗余第二代小波與雙變量改進(jìn)閾值函數(shù)相結(jié)合的振動(dòng)信號(hào)消噪方法，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析了不同閾值函數(shù)變量參數(shù)的取值對(duì)信號(hào)消噪優(yōu)劣的影響，驗(yàn)證了雙變量改進(jìn)閾值函數(shù)給消噪效果帶來(lái)的改進(jìn)。
　　 4、基于改進(jìn)影響系數(shù)法

6、的在線動(dòng)平衡測(cè)試系統(tǒng)標(biāo)定方法
　　 在分析理想狀態(tài)下動(dòng)平衡測(cè)試標(biāo)定模型的基礎(chǔ)上，深入剖析了測(cè)試系統(tǒng)的主要誤差對(duì)標(biāo)定的影響。從三種誤差的特性入手，引入一元線性回歸理論，提出了具有誤差修正功能的影響系數(shù)標(biāo)定模型，并設(shè)計(jì)了快速收斂的不平衡量標(biāo)定算法，滿(mǎn)足在線動(dòng)平衡實(shí)時(shí)性要求。利用同一組標(biāo)定數(shù)據(jù)，分別采用常規(guī)的影響系數(shù)方法和基于一元回歸理論的影響系數(shù)方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，對(duì)比分析的結(jié)果驗(yàn)證了本論文方法的有效性和優(yōu)越性。
　　 5、