一种基于dsp的转子系统高精度动平衡测控装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及旋转机械高精度在线动平衡控制装置技术领域，尤其涉及一种基于DSP的转子系统高精度动平衡测控装置。
【背景技术】
[0002]旋转机械是机械系统重要的组成部分，在汽车、电力、石油、化工、航空航天等各广泛的领域，以旋转机械为核心的转子系统发挥着不可替代的作用。如:发电机、汽轮机、高精度加工磨床、高精度加工车床等等。在旋转机械被广泛应用的同时，机械振动问题成了制约旋转机械被进一步应用的最大障碍。如何能够保证转子系统在运转过程中达到高精度的动平衡是保证转子系统运转的平稳性、工作高效性的一项关键性技术。
[0003]近年来人们对于转子系统高精度在线动平衡技术测控方法和装置不断改进，以求使转子系统更加快速、高效达到高精度在线动平衡。如专利申请“磨床砂轮动态平衡测控系统”(CN1405541A，申请日期:2012.11.21)采用数字信号专用处理芯片DSP芯片TMS320F240设计，驱动砂轮平衡头传动机构，实现砂轮的动态平衡。其主要特点是采用数字信号专用处理芯片设计，其组成的测控系统虽然具有一定的监测与控制功能及抗干扰能力，但由于不能进行数据的浮点型运算且芯片运算速度低，因此在高速磨削机床的高实时性、高精度的要求方面具有一定的不足，并且不能实现在线实时测控功能。
[0004]同样，在国内很多动平衡研究中，一些系统能够实现动平衡状态的监测功能和控制功能，但往往二者不能很好的发挥协调作用，监测功能强则控制功能薄弱，控制功能强则监测精度不够，这就给动平衡的测控带来了一定的难度，因此需要设计一种既能够实现旋转机械运行状态的实时监测又能够实现对不平衡量的主动控制的测控方案。
【发明内容】
[0005]本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种基于DSP的转子系统高精度动平衡测控装置。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的:
一种基于DSP的转子系统高精度动平衡测控装置，包括有振动实验台、动平衡头、核心控制模块、振动信号检测调理模块、转速信号检测调理模块、电机驱动模块、显示模块和电源模块，所述的核心控制模块为一主控芯片，所述的振动信号检测调理模块包括有依次串联的振动传感器供电回路、振动传感器、信号调理电路一和程控放大电路，所述的转速信号检测调理模块包括有相串联的霍尔转速传感器和信号调理电路二，所述的电机驱动模块包括有电机驱动电路、直流电机A和直流电机B，直流电机A和直流电机B均与电机驱动电路串联，将所述的动平衡头和振动传感器安装在振动实验台上，将霍尔转速传感器、直流电机A和直流电机B安装在动平衡头内部，且直流电机A和直流电机B均通过蜗杆涡轮机构与动平衡头的平衡环连接，所述的主控芯片分别与所述的显示模块、电源模块、振动信号检测调理模块的程控放大电路、转速信号检测调理模块的信号调理电路二和电机驱动模块的电机驱动电路连接，电源模块还分别与显示模块、振动传感器供电回路、霍尔转速传感器的电源输入接口和电机驱动电路连接，转子系统运转时，霍尔转速传感器捕获当前转子系统的转速信号，经过信号调理电路二的处理输入到核心控制模块的主控芯片事务管理器的捕获模块，主控芯片通过计算单位时间内的转速信号脉冲得到当前转子系统的转频，振动传感器将振动实验台的振动信号经过信号调理电路一的处理最终输入到核心控制模块的主控芯片的模数转换模块中，提取在当前转子系统转频下的振动信号，并对其进行傅里叶变换得到振动信号的幅值，将该幅值与初始设定的危险振值相比较，当当前振动幅值高于危险振值时，视当前状态为不平衡状态，反之则为平衡状态，若转子系统处于不平衡状态时，主控芯片驱动动平衡头内部的直流电机A和直流电机B带动平衡环运转，在平衡过程中，振动传感器实时将采集到振动信号输入到主控芯片中，主控芯片实时分析判断当前转子系统运行状态，并且主控芯片实时驱动直流电机A和直流电机B运转，直至转子系统振动幅值低于初设定的危险振值，即转子系统达到平衡状态，在平衡过程中，通过显示模块将平衡过程中实时振动幅值和平衡状态显示出来。
[0007]所述的主控芯片的型号为TMS320F2812。
[0008]所述的振动信号检测调理模块、转速信号检测调理模块、电机驱动模块、显示模块均采用标准端口与核心控制模块相连接，所述的振动传感器采用标准5线航空接口端子与信号调理电路一连接，所述转速信号检测调理模块与电机驱动模块共同采用标准7线航空接口端子与动平衡头连接。
[0009]所述的程控放大电路包括有模拟电子开关U02-⑶4051、模拟电子开关U03-CD4051和运算放大器LM358P，模拟电子开关U03-CD4051的INCOM脚与滤波电容C5的一端连接，滤波电容C5的另一端与信号调理电路一连接，模拟电子开关U03-⑶4051的VCC接电源模块的VCC5b 口，滤波电容C6 —端接VCC5b，另一端接弱地，模拟电子开关U03-CD4051的A、B、C接主控芯片的101、102、104脚，模拟电子开关U03-CD4051的INH、VEE、VSS都接弱地，模拟电子开关U03-CD4051的100-107脚分别接电阻R021-R028的一端，R021-R028的另一端接模拟电子开关U02-CD4051的INCOM脚和运算放大器LM358P的6脚，模拟电子开关U02-CD4051的VCC接电源模块的VCC5b 口，滤波电容C4 一端接VCC5b，另一端接弱地，模拟电子开关U02-CD4051的A、B、C接主控芯片的101、102、104脚，模拟电子开关U03-CD4051的INH、VEE、VSS都接弱地，模拟电子开关U03-CD4051的100-107脚分别接电阻R011-R018的一端，ROl1-RO18的另一端接电阻R9的一端和运算放大器LM358P的7脚，R9的另一端接二极管D02的正极和主控芯片的174脚，二极管D02的负极接电源模块VCC 口，电阻RlO的一端接电源模块的VCC5a，电阻RlO的另一端接运算放大器LM358P的5脚和电阻Rll的一端，电阻Rll的另一端接弱地，运算放大器LM358P的8脚接VCC5b，4脚接弱地。
[0010]所述的转速信号检测调理模块的信号调理电路二包括有霍尔转速传感器连接端口 P12，霍尔转速传感器连接端口 P12上设有传感器电源输入接口 G、转速信号输出接口 F和接地口 E，传感器电源输入接口 G分别连接电源模块的VCC15 口、电容C84的一端和电阻R14的一端，电容C84的另一端接弱地，电阻R14的另一端分别连接转速信号输出接口 F、电阻R17的一端、电容Cll的一端和施密特触发器芯片74HC132的IA脚，电阻R17的另一端接弱地，电容Cll的另一端接弱地，施密特触发器芯片74HC132的IB脚接主控芯片的109脚，IY脚接电阻R12的一端，电阻R12的另一端接主控芯片的106脚和电阻R13的一端，电阻R13的另一端接弱地，24、28、34、38、4八、48、6冊脚全部接弱地，VCC脚接电源模块的VCC5b，滤波电容C83 —端接VCC5b，另一端接弱地。
[0011]所述的电机驱动模块的电路连接为:包括有控制芯片L298HN，控制芯片L298HN的使能脚ENA、ENB接高电平VCC5b，输入脚INl接主控芯片的95脚，输入脚IN2接主控芯片的122脚，输入脚IN3接核心控制模块的主控芯片的98脚，输入脚IN2接核心控制模块主控芯片的124脚，VSS脚接电源模块的直流VCC5b，VS脚接电源模块的VCC24 口，输出脚OUTl接消极特二极管Dll正极，消极特二极管Dll负极接电源模块的VCC24 口，OUTl接电阻R15一端，电阻R15的另一端接耐压电容C12的一端，耐压电容C12另一端接控制芯片L298HN输出脚0UT2，OUTl接消极特二极管D13的负极，消极特二极管D13的正极接强地，OUTl接直流电机A的A线，输出脚0UT2接直流电机A的B线，输出脚0UT3接消极特二极管D12正极，消极特二极管D12负极接VCC24，0UT3接电阻R16 —端，电阻R16的另一端接耐压电容C13的一端，耐压电容C13另一端接控制芯片L298HN的输出脚0UT4，0UT3接消极特二极管D14的负极，消极特二极管D14的正极接强地，0UT3接直流电机B的C线，0UT4接直流电机B的D线，滤波电容C18接在VCC5b与弱地之间，极性电容C82正极接电源模块的VCC24 口，负极接强地。
[0012]所述的电源模块包括有24V直流电源、15V直流电源、5V直流电源、3.3V直流电源和1.8V直流电源，输出接口依次分别为的VCC24 口、VCC15 口、VCC5b 口、VCC 口、VCC1.8口。24V直流电源用于所述振动信号检测调理模块的振动传感器供电，15V直流电源用于所述转速信号检测调理模块的霍尔转速传感器的供电，5V直流电源用于振动信号检测调理模块运算放大器供电，运算放大器分压供电，电机驱动芯片供电以及核心控制模块供电电源的转换，3.3V直流电源用于所述核心控制模块外围设备和显示模块的供电，1.8V电源用于所述核心控制模块内核的供电。
[0013]本发明的优点是:(I)本发明通过振动信号检测调理模块的程控放大电路实现对振动信号不同倍数的放大，能够将很小的振动信号放大很多倍，使核心控制芯片对其进行平衡控制，实现转子系统的高精度动平衡；(2)本发明采用了高运算速度，高精度的DSP芯片作为核心控制模块的主控芯片，实现了转子系统的对振动信号的实时检测、处理、运算，保证了转子系统的实时性。(3)本发明采用了双输入直流电源模块，24V直流电源和