在線動平衡測試的相關(guān)信號處理與標(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平衡技術(shù)，不僅會促進(jìn)我國高速加工技術(shù)的發(fā)展，而且具有極其重要的科學(xué)意義、工業(yè)價值和經(jīng)濟(jì)價值。在線主動平衡技術(shù)是一個涉及計(jì)算機(jī)控制、傳感器技術(shù)、測試技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)等多學(xué)科交叉的復(fù)雜問題，設(shè)計(jì)合理高效的信號處理算法，提取動不平衡信號并進(jìn)行不平衡量標(biāo)定是實(shí)現(xiàn)高精度在線動平衡的關(guān)鍵。本課題在國家科技重大專項(xiàng)的資助下，對在線動平衡測試中的不平衡動態(tài)響應(yīng)分析、測試方法、測試信號處理、測

2、試系統(tǒng)標(biāo)定等核心問題開展研究，主要完成的工作如下:
　　 1、主軸系統(tǒng)不平衡的動態(tài)響應(yīng)分析
　　 根據(jù)主軸系統(tǒng)動力學(xué)方程，構(gòu)建主軸系統(tǒng)有限元動力學(xué)的實(shí)體模型，對主軸系統(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)下的動力特性。在此基礎(chǔ)上通過動力學(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)對不平衡引起的動力響應(yīng)特性以及不同不平衡量的振動響應(yīng)變化規(guī)律。理論求解和數(shù)值仿真的結(jié)論同時

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

4、度信號時域積分算法，并通過仿真進(jìn)行分析驗(yàn)證，為后續(xù)的動不平衡信號的特征提取奠定了必要的基礎(chǔ)。
　　 3、動不平衡信號及其特征參數(shù)的提取算法
　　 針對電主軸振動信號低信噪比、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，會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)分析的不平衡信號提取方法。在兩級FIR濾波器消噪和利用減法運(yùn)算衰減大幅值信號后，再對

5、互相關(guān)運(yùn)算提取相位和幅值的算法進(jìn)行了修改簡化。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該方法在提取振動信號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)合的振動信號消噪方法，并通過仿真實(shí)驗(yàn)對比分析了不同閾值函數(shù)變量參數(shù)的取值對信號消噪優(yōu)劣的影響，驗(yàn)證了雙變量改進(jìn)閾值函數(shù)給消噪效果帶來的改進(jìn)。
　　 4、基于改進(jìn)影響系數(shù)法

6、的在線動平衡測試系統(tǒng)標(biāo)定方法
　　 在分析理想狀態(tài)下動平衡測試標(biāo)定模型的基礎(chǔ)上，深入剖析了測試系統(tǒng)的主要誤差對標(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，滿足在線動平衡實(shí)時性要求。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)方法對系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，對比分析的結(jié)果驗(yàn)證了本論文方法的有效性和優(yōu)越性。
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