专利名称：液体式在线自动平衡装置的靶向控制方法及控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制系统和控制方法，特别是涉及液体式自动平衡装置的控制系统和控制方法。
背景技术：
旋转机械在运行过程中，转子不平衡是其最常见的故障之一。为解决该类故障，常常需要不断地停机对设备进行动平衡。传统的动平衡方法利用动平衡机进行动平衡或进行现场整机动平衡，但两种方法均需花费大量的时间和人力、财力，使用不便。在线自动平衡技术是一种无需设备停车即可在线消除设备不平衡故障的技术，理论上该技术不仅能及时、快速地降低设备因不平衡带来的振动，而且可在设备的长周期运行期间，随时调整其不平衡状态，使设备一直运行在良好的平衡状态下。目前该技术已在高精度磨床领域得到了广泛应用，主要的自动平衡装置包括机电式和液体注液式两种。机电式平衡装置内部装有两台微电机，通过精密齿轮系统驱动2个质量补偿平衡块进行转动，两微电机各自地旋转方向和角度均可由微机按振动信号进行控制。该类装置因平衡速度快、具有停机平衡量保持功能等优点，应用较广，但因平衡装置内部有非对称的质量块和复杂的机械传递机构，不适合高速的场合，且因该装置对加工精度的高要求，使得制造困难。液体注液式平衡装置，例如专利号为US3950897的注液式平衡装置，和申请号为201110020818.6的注液式在线动平衡头，通过向和设备同步旋转的平衡装置储液腔中注入适量的液体，达到自动平衡的目的。该类装置结构简单，适合于高速的场合，但平衡能力随平衡次数的增加而减少，不具备停机保持功能，注液时的液体飞溅也对环境有影响，这几方面的缺点限制了该类装置的发展。由于现有的平衡装置均有由自身结构决定的无法避免的缺陷，限制了它们的使用场合。针对上述结构缺陷，存在一种改进的气压液体式平衡装置，该装置的基本工作原理为利用压缩空气驱动平衡液体在液腔间流动转移，工作时，平衡装置与被测设备同步旋转，当被测设备的振动值超出许用值时，平衡装置启动，以压缩空气为动力源，驱动平衡液经连通管在储液腔之间作可控性流动，以改变平衡装置自身质量分布的方式，在线平衡被测设备，实现被测设备的质量平衡。平衡过程中无需被测设备停车，当被测设备的振动值降低至允许值以下后，平衡装置停止动作，直至被测设备的振动幅值再次超标。例如申请号为201110457792.1的气压液体式转子在线自动平衡执行器，如
图1和图2所示，主要由平衡盘和气源分配器两部分组成，圆形的平衡盘底盘上沿圆周周边均布扇面形的储液腔(即储液室)，内充平衡液，平衡盘随被测设备同步旋转，而气源分配器静止不动，用于将压缩空气导入旋转部件中。压缩空气驱动平衡液在位置相对的两个储液腔之间按指定方向转移流动，实现旋转被测系统的自动平衡。对于注液式或气压液体式自动平衡装置的控制方式，目前较常用的方法为寻优法。以注液式平衡装置为例，其基本原理为:先向某一容腔试喷液体，看振幅增大还是减小，如振幅增大，则说明该方向不对，试喷储液腔改变，按顺序向下一个相邻的容腔喷液；如振幅减小，则说明有平衡效果，继续在此容腔喷液，一直到振幅再次变大时，再向下一个相邻的容腔喷液。如此循环，一直达到要求的平衡精度为止。在此方法中，不预先计算不平衡量的量值和相位，虽然简便易行，但运行效率低，平衡时间较长，需要向多个储液腔进行试液操作，不可避免的存在多次错调的现象，不利于设备的安全运行。如果平衡装置在执行命令前，已经精准地定位出不平衡量的量值和相位，系统即可有确定目标的的进行注液或注气操作，和上述寻优法相比，不仅省去了多次试喷的过程，缩短了平衡时间，使得执行效率更高，而且在这种靶向抑制不平衡故障的过程中，系统振动幅值将单调下降，避免了错调现象的发生。
发明内容
本发明的目的是提供一种控制方法，解决液体式在线自动平衡装置不能准确定向消除不平衡量带来的振动的技术问题。本发明的另一个目的是提供一种靶向控制系统，解决液体式在线自动平衡装置中注液或注气的顺序、时长与旋转设备动平衡状态难以准确匹配的技术问题。本发明的液体式在线自动平衡装置的靶向控制方法，包括以下步骤:从接收的实时振动信号中，提取被测设备的一倍频信号；利用所述一倍频信号计算所述被测设备的不平衡量的量值和相位；将所述不平衡量的所述量值转换为平衡装置抵消所述不平衡量时储液腔中液体的分布数据，并形成液体注入或气体驱动储液腔中液体转移的时间控制量；根据所述不平衡量的量值和相位，将所述时间控制量分解为相应所述储液腔的控制时长；根据所述储液腔的所述控制时长输出控制指令，控制所述储液腔中液体的注入或流转。所述提取被测设备的一倍频信号通过对所述接收的实时振动信号进行跟踪滤波获得；当所述接收的实时振动信号为振动位移信号时，所述振动位移信号中包含的所述被测设备的偏摆信号，通过矢量法消除，其步骤为:1)低速启动被测设备,测量此时被测设备的振动幅值和相位,记为A0=A0∠φ0;
2)提升被测设备转速至工作状态，测量此时被测设备的相应振动参数，记为
A1=A1∠φ1;3)两种状态时被测设备相应振动参数之差，为设备工作状态下的一倍频信号，记为 A=A∠φ;所述被测设备的不平衡量的量值和相位通过影响系数法获得，包括以下步骤:1)通过试重，测定被测设备的影响系数，包括影响系数的量值和相位，记为
K=K∠Φ;2)根据所述被测设备的一倍频信号，求出被测设备不平衡量的量值和相位，记为
权利要求
1.一种液体式在线自动平衡装置的靶向控制方法，其特征在于，包括以下步骤: 从接收的实时振动信号中，提取被测设备(B)的一倍频信号； 利用所述一倍频信号计算所述被测设备(B)的不平衡量的量值和相位； 将所述不平衡量的所述量值转换为平衡装置(C)抵消所述不平衡量时储液腔中液体的分布数据，并形成液体注入或气体驱动储液腔中液体转移的时间控制量； 根据所述不平衡量的量值和相位，将所述时间控制量分解为相应所述储液腔的控制时长; 根据所述储液腔的所述控制时长输出控制指令，控制所述储液腔中液体的注入或流转。
2.根据权利要求1所述液体式在线自动平衡装置的靶向控制方法，其特征在于:所述提取被测设备(B)的一倍频信号通过对所述接收的实时振动信号进行跟踪滤波获得； 当所述接收的实时振动信号为振动位移信号时，所述振动位移信号中包含的所述被测设备(B)的偏摆信号，通过 矢量法消除，其步骤为: 1)低速启动被测设备(B)，测量此时被测设备(B)的振动幅值和相位，记为為=4^%.2)提升被测设备(B)转速至工作状态，测量此时被测设备(B)的相应振动参数，记为為=為Z约 I 3)两种状态时被测设备(B)相应振动参数之差，为设备工作状态下的一倍频信号，记为A=AZcpO
3.根据权利要求1所述液体式在线自动平衡装置的靶向控制方法，其特征在于:所述被测设备(B)的不平衡量的量值和相位通过影响系数法获得，包括以下步骤: 1)通过试重，测定被测设备(B)的影响系数，包括影响系数的量值和相位，记为K = KZ^, 2)根据所述被测设备(B)的一倍频信号，求出被测设备(B)不平衡量的量值和相位，记为 M = H=Mze O
4.根据权利要求3所述液体式在线自动平衡装置的靶向控制方法，其特征在于: 当所述被测设备(B)为各向异性时，所述试重采用多点试重，确定影响系数的量值和试重角度间的关系，记为f = 9 根据所述被测设备(B)的一倍频信号，得出不平衡量所在相位，.将相位0带入f(0)中，得出此相位下的影响系数i; 当所述被测设备(B)为各向同性时，所述试重为一点试重； 当所述被测设备(B)为各向异性时，所述多点试重的优选为四点试重，所述试重角度小为四个正交方向。
5.根据权利要求1所述液体式在线自动平衡装置的靶向控制方法，其特征在于:所述储液腔中液体注入或转移的时间控制量通过自适应法获得，或通过比例系数法获得。
6.根据权利要求5所述液体式在线自动平衡装置的靶向控制方法，其特征在于:所述时间控制量通过分区间方式进行优化，记为:
7.根据权利要求1所述液体式在线自动平衡装置的靶向控制方法，其特征在于:所述时间控制量分解为相应所述储液腔的控制时长通过采用投影方式分解获得； 当所述储液腔为四个，所述储液腔中心线对应的相位分别为0°、90°、180°和270°，将所述不平衡质量的相位向相邻的两个储液腔中心线的方向做正弦投影，分解所述时间控制量得到两个储液腔相应执行器的控制时长。
8.根据权利要求1所述液体式在线自动平衡装置的靶向控制方法，其特征在于:所述输出控制指令包括各所述控制时长，和各所述控制时长的执行顺序，执行顺序或为先短后长，或为先长后短，或为长短同时开始，不同时结束，或为长短不同时开始，同时结束，或为长短同时开始，同时结束。
9.一种液体式在线自动平衡装置的靶向控制系统，包括传感器(01)、数据采集装置(02)、执行器(04)，其特征在于:还包括由数采器(031)、定位器(032)、转换器(033)、分配器(034)和编译器(035)组成的控制器(03)， 数采器(031)，用于接收被测设备(B)的实时振动信号，提取其中的一倍频信号； 定位器(032)，利用所述一倍频信号计算所述被测设备(B)的不平衡量的量值和相位； 转换器(033)，将所述不平衡量的所述量值转换为平衡装置(C)抵消所述不平衡量时储液腔中液体的分布数据，并形成液体注入或气体驱动储液腔中液体转移的时间控制量； 分配器(034)，根据所述不平衡量的量值和相位，将所述时间控制量分解为相应所述储液腔的控制时长； 编译器(035)，将所述控制时长形成相应的控制指令输出，驱动执行器(04)控制所述储液腔中液体的注入或流转。
10.利用权利要求9所述液体式在线自动平衡装置的靶向控制系统，控制液体式在线自动平衡装置对被测设备进行动平衡的控制方法，其特征在于以下步骤: 步骤1、靶向控制系统初始化，设定影响系数； 步骤2、传感器(01)采集被测设备(B)的实时振动信号，通过数据采集器(02)传送至控制器(03)； 步骤3、数采器(031)接收实时振动信号，通过相关滤波提取其中的一倍频成分，当振动信号为位移信号时，通过矢量法消除一倍频信号中的偏摆信号； 步骤4、定位器(032)根据设定的影响系数，通过影响系数法获得被测设备(B)的不平衡量的量值和相位； 步骤5、转换器(033)利用不平衡量的量值和相位，通过自适应法或比例系数法，获得执行器(04)动作持续的总控制时间，并对总控制时间进行分区间优化； 步骤6、分配器(034)根据不平衡量的相位采用正弦投影方式，将总控制时间分配到平衡装置(C)的相应储液腔，形成储液腔相应执行器(04)的控制时长； 步骤7、编译器(035)将对相应执行器(04)的控制时长、执行顺序转换为控制指令输出； 步骤8、执行器(04)控制相应电磁阀动作； 步骤9、控制器 (03)重复步骤3至8，直至动平衡过程结束。
全文摘要
一种液体式在线自动平衡装置的靶向控制方法，包括以下步骤从接收的实时振动信号中，提取被测设备的一倍频信号；利用所述一倍频信号计算所述被测设备的不平衡量的量值和相位；将所述不平衡量的所述量值转换为平衡装置抵消所述不平衡量时储液腔中液体的分布数据，并形成液体注入或气体驱动储液腔中液体转移的时间控制量；根据所述不平衡量的量值和相位，将所述时间控制量分解为相应所述储液腔的控制时长；根据所述储液腔的所述控制时长输出控制指令，控制所述储液腔中液体的注入或流转。本控制方法可以抵消振动，使被测设备在运转过程中可以始终保持准确的动平衡。还包括一种靶向控制系统，使被测设备振动值单调降低，节省平衡时间。
文档编号F16F15/16GK103148164SQ20131006950
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月5日 优先权日2013年3月5日
发明者潘鑫, 吴海琦, 高金吉 申请人:北京化工大学