電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡系統(tǒng)和方法。系統(tǒng)包括：測試裝置，包括轉(zhuǎn)子驅(qū)動與定位模塊，用于驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)以及使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)定位到特定角度，以及轉(zhuǎn)速與振動測量模塊，用于測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和振動；切削裝置，包括轉(zhuǎn)子定位與固定模塊，用于使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)定位到特定角度并緊固轉(zhuǎn)子，以及移動與切削模塊，用于移動切削電機(jī)并切削轉(zhuǎn)子特定部位；搬運裝置，用于將轉(zhuǎn)子在測試裝置與切削裝置之間搬運；控制器，連接至測試裝置和切削裝置，用于控制測試裝置對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和振動進(jìn)行測量，通過不平衡影響系數(shù)矩陣計算轉(zhuǎn)子不平衡量，并根據(jù)轉(zhuǎn)子不平衡量及當(dāng)前不平衡偏差補(bǔ)償量控制切削裝置對轉(zhuǎn)子進(jìn)行切削去重，以及對不平衡偏差進(jìn)行非線性自適應(yīng)補(bǔ)償。
【專利說明】
電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及機(jī)械制造行業(yè)中電機(jī)轉(zhuǎn)子生產(chǎn)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡系統(tǒng) 和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 轉(zhuǎn)子作為旋轉(zhuǎn)機(jī)械的核屯、單元，由于材料、加工精度、裝配工藝等的限制，其質(zhì)量 分布是不均衡的；工作時，轉(zhuǎn)子繞其幾何中屯、旋轉(zhuǎn)時，運種質(zhì)量分布的不均衡會體現(xiàn)為轉(zhuǎn)子 慣性主軸與旋轉(zhuǎn)軸的偏移，從而引起不平衡離屯、激振力，運個力與轉(zhuǎn)速平方成正比。轉(zhuǎn)子不 平衡會對旋轉(zhuǎn)機(jī)械的壽命與精度造成顯著影響，因而轉(zhuǎn)子在交付使用前，需通過動平衡工 藝減小轉(zhuǎn)子上的殘余不平衡。在工業(yè)產(chǎn)品上，根據(jù)應(yīng)用場合與工作轉(zhuǎn)速等的差異，對轉(zhuǎn)子殘 余不平衡量有嚴(yán)格限制。
[0003] 傳統(tǒng)的動平衡工藝主要依賴人工平衡，先把待平衡轉(zhuǎn)子安裝在測試裝架上，驅(qū)動 其旋轉(zhuǎn)到平衡轉(zhuǎn)速，測量轉(zhuǎn)子不平衡量的分布，再交由平衡操作人員，根據(jù)動平衡測量結(jié)果 的指示，在轉(zhuǎn)子平衡面的特定位置去除(或添加)指定大小的質(zhì)量塊。
[0004] 工業(yè)上大批量生產(chǎn)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，比如電動工具、汽車電機(jī)中的轉(zhuǎn)子，對平衡的效率 提出了極高的要求。使用傳統(tǒng)工藝進(jìn)行平衡時，操作者的平衡工作效率難W滿足要求，工作 強(qiáng)度大，生產(chǎn)成本高，而且平衡質(zhì)量的穩(wěn)定性難W得到保障。
[0005] 全自動平衡機(jī)把動平衡測量、轉(zhuǎn)子定位、搬運、去重等過程集成到一個完整平衡流 程之中，并完全脫離人工操作，具有效率高，勞動強(qiáng)度低，平衡質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點，尤其適合大 批量工業(yè)生產(chǎn)。
[0006] 對于批量生產(chǎn)的電機(jī)轉(zhuǎn)子，自動平衡機(jī)工作的基本過程是:操作者將待平衡轉(zhuǎn)子 放置在測試工位，啟動自動平衡程序，平衡機(jī)開動電機(jī)，驅(qū)動皮帶帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，利用振動 傳感器及齒輪速度傳感器對轉(zhuǎn)子不平衡量（即待切削量)進(jìn)行測量，同時對轉(zhuǎn)子鐵忍進(jìn)行角 度定位；當(dāng)轉(zhuǎn)子不平衡量測試完畢，并定位到特定的角度后，由機(jī)械手將轉(zhuǎn)子從測試工位搬 運到切削工位;在切削工位處，控制器控制切削裝置分別對鐵忍兩側(cè)的平衡面進(jìn)行角度定 位及去重（剛性轉(zhuǎn)子通過兩個平衡面理論上可W實現(xiàn)任意高精度的動平衡）；轉(zhuǎn)子去重完成 后，再通過機(jī)械手將轉(zhuǎn)子搬運回測試工位進(jìn)行測試，如果測試結(jié)果達(dá)到設(shè)定值，則通過蜂鳴 器和指示燈告之操作者，操作者取走平衡達(dá)標(biāo)的轉(zhuǎn)子，放入新的待平衡轉(zhuǎn)子。
[0007] 自動平衡機(jī)的系統(tǒng)框架如圖1所示。
[000引"測試工位"模塊一一用于測試轉(zhuǎn)子的不平衡量及位置，它通過"轉(zhuǎn)子驅(qū)動與定位 模塊"驅(qū)動轉(zhuǎn)子到達(dá)平衡轉(zhuǎn)速，W便于"轉(zhuǎn)速與振動測量模塊"利用安裝的振動傳感器及齒 輪速度傳感器，對轉(zhuǎn)子上的殘余不平衡量進(jìn)行大小與角度分布的測試，還負(fù)責(zé)將轉(zhuǎn)子定位 到特定的相位角度;運個工位還負(fù)責(zé)對轉(zhuǎn)子的不平衡影響系數(shù)矩陣進(jìn)行標(biāo)定，不平衡質(zhì)量 大小與角度分布的測定，依賴于運一系數(shù)矩陣與轉(zhuǎn)子前后兩個測振面上測得的振動量的乘 積。
[0009]"機(jī)械手'模塊一-負(fù)責(zé)將轉(zhuǎn)子在"測試工位"與"切削工位"之間進(jìn)行搬運，機(jī)械手 將轉(zhuǎn)子從一個工位抓起，搬運到另外一個工位后松開，轉(zhuǎn)子從一個工位轉(zhuǎn)移到另一個工位； 它既負(fù)責(zé)把待加工轉(zhuǎn)子搬運到"切削工位"進(jìn)行去重，也負(fù)責(zé)將去重完畢的轉(zhuǎn)子搬運回"測 試工位"進(jìn)行復(fù)測。
[0010]"切削工位"模塊一-負(fù)責(zé)對轉(zhuǎn)子兩側(cè)的平衡面進(jìn)行去重，它由"轉(zhuǎn)子定位及壓緊 裝置"及"移動及切削工作臺"構(gòu)成；"轉(zhuǎn)子定位及壓緊裝置"會把轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)定位到特定角度， 并牢牢壓緊防止松脫跑位；"移動及切削工作臺"負(fù)責(zé)按照"控制器"的要求移動切削電機(jī)， 切削電機(jī)帶動銳刀旋轉(zhuǎn)，會切削掉與其掃掠路徑重合的轉(zhuǎn)子的體積。
[00川"觸屏'模塊一-負(fù)責(zé)人機(jī)交互，操作員通過"觸屏"向"控制器"發(fā)送各種指令，"控 制器"通過"觸屏"反饋各種參數(shù)、曲線數(shù)據(jù)。
[0012] "控制器"模塊一-平衡機(jī)的核屯、，它接收操作人員的指令，根據(jù)指令運行特定的 控制模塊，驅(qū)動"測試工位"、"機(jī)械手"和"切削工位"完成特定的平衡步驟，并及時通過"觸 屏"向操作人員反饋各種數(shù)據(jù)信息。
[0013] 自動平衡機(jī)要針對批量待平衡轉(zhuǎn)子開展自動測量、不平衡量評估、轉(zhuǎn)子搬運、自動 切削等工作;此過程中，根據(jù)振動量測量值，計算轉(zhuǎn)子不平衡量大小時，需要依賴在標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn) 子上標(biāo)定獲得的影響系數(shù)矩陣(標(biāo)準(zhǔn)影響系數(shù)矩陣）；不同批次生產(chǎn)出來的同型號轉(zhuǎn)子，由 于材料與加工工藝的限制，其真實影響系數(shù)矩陣與標(biāo)準(zhǔn)影響系數(shù)矩陣存在差異;運種差異 會導(dǎo)致依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)影響系數(shù)矩陣計算出來的轉(zhuǎn)子不平衡量偏離轉(zhuǎn)子真實不平衡量，依據(jù)計算 出來的量進(jìn)行切削去重，則去重精度會受到影響，從而影響平衡的效率。另外，轉(zhuǎn)子在自動 平衡機(jī)上進(jìn)行平衡時，需要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)角度定位、在不同工位間搬運轉(zhuǎn)子;角度定位依靠數(shù)字 脈沖驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行開環(huán)控制，受系統(tǒng)精度所限，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)子運動時，實際定位位 置與理想位置存在不平衡偏差;轉(zhuǎn)子在不同工位間搬運時，搬運機(jī)構(gòu)需要從起始工位抓取 轉(zhuǎn)子，搬運到目標(biāo)工位后再釋放轉(zhuǎn)子，受到系統(tǒng)精度的影響，搬運機(jī)構(gòu)抓放轉(zhuǎn)子時，會對轉(zhuǎn) 子角度位置造成影響。
[0014] 運些不平衡偏差，會影響平衡精度與效率，需要進(jìn)行修正。僅針對一個批次、一種 類型生產(chǎn)出來的轉(zhuǎn)子，通過人工調(diào)整，補(bǔ)償偏差量造成的影響，雖然效率低，依賴經(jīng)驗，還是 可行的；但平衡機(jī)需要面對不同類型、不同尺寸、不同批次的轉(zhuǎn)子，它們的不平衡偏差量是 存在差異的，每當(dāng)差異出現(xiàn)，就需要人工干預(yù)進(jìn)行調(diào)整，運會對平衡精度與效率造成大的影 響，而且需要經(jīng)驗豐富的操作人員。
[0015] 如果能借助一套自適應(yīng)的方法，通過控制算法對運種不平衡偏差進(jìn)行在線自動修 正，將大幅改善機(jī)器對不同類型、尺寸、批次轉(zhuǎn)子的動平衡效率，提高機(jī)器的自動化水平，降 低人工調(diào)試的勞動強(qiáng)度，并減少對操作人員經(jīng)驗的依賴。
[0016] 另外，由于系統(tǒng)中存在種種影響平衡精度的非線性因素，不平衡偏差補(bǔ)償，不能簡 單W平衡誤差與切削量之間滿足線性關(guān)系為基礎(chǔ)，去推算系統(tǒng)實際偏差;運種推算，所得結(jié) 果不精確，更嚴(yán)重的是，由于待修正量本身與利用線性關(guān)系推算修正量所導(dǎo)致的計算偏差 是可比的，依靠線性關(guān)系進(jìn)行參數(shù)修正，會帶來修正過程中相關(guān)參數(shù)的不穩(wěn)定現(xiàn)象，產(chǎn)生補(bǔ) 償量的非線性振蕩，具體表現(xiàn)為不平衡偏差補(bǔ)償量在計算中難W收斂，在較寬的范圍內(nèi)波 動。補(bǔ)償量的波動，往往在幅度上與待修正量是相當(dāng)?shù)?，會對實際補(bǔ)償效果造成大的影響， 有時候甚至?xí)碡?fù)面作用，導(dǎo)致平衡效果變差。
[0017] 因此，為了改進(jìn)自動平衡機(jī)的自動化程度及平衡質(zhì)量，自適應(yīng)解決方案還需要有 效解決非線性因素導(dǎo)致的補(bǔ)償量不穩(wěn)定問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 本發(fā)明的實施例提供一種電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡系統(tǒng)和方法?？杀苊馐褂镁€性方法帶來的 參數(shù)振蕩，并能對兩個平衡面的角度偏差分別進(jìn)行有效修正;可提升平衡效率，降低人工調(diào) 試的勞動強(qiáng)度，提高機(jī)器的自動化水平。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡系統(tǒng)。系統(tǒng)包括測試裝置、切削裝 置、搬運裝置和控制器。測試裝置包括轉(zhuǎn)子驅(qū)動與定位模塊，配置用于驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)W及使 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)定位到特定角度，W及轉(zhuǎn)速與振動測量模塊，配置用于測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和振動;切 削裝置包括轉(zhuǎn)子定位與固定模塊，配置用于使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)定位到特定角度并緊固轉(zhuǎn)子，W及 移動與切削模塊，配置用于移動切削電機(jī)并切削轉(zhuǎn)子特定部位;搬運裝置配置用于將轉(zhuǎn)子 在測試裝置與切削裝置之間搬運;控制器連接至測試裝置和切削裝置，配置用于控制測試 裝置對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和振動進(jìn)行測量，通過不平衡影響系數(shù)矩陣計算轉(zhuǎn)子不平衡量，并根據(jù)轉(zhuǎn) 子不平衡量及當(dāng)前不平衡偏差補(bǔ)償量，控制切削裝置對轉(zhuǎn)子進(jìn)行切削去重，W及對不平衡 偏差進(jìn)行非線性自適應(yīng)補(bǔ)償。
[0020] 優(yōu)選地，控制器還配置用于在切削裝置對轉(zhuǎn)子進(jìn)行切削去重之后控制測試裝置對 轉(zhuǎn)子不平衡量進(jìn)行復(fù)測，如果復(fù)測結(jié)果合格則對該轉(zhuǎn)子的平衡過程結(jié)束，如果復(fù)測結(jié)果不 合格，則對不平衡偏差進(jìn)行非線性自適應(yīng)補(bǔ)償。
[0021] 控制器對不平衡偏差進(jìn)行非線性自適應(yīng)補(bǔ)償可W是將轉(zhuǎn)子平衡面上的不平衡偏 差矢量通過自適應(yīng)收斂算法進(jìn)行補(bǔ)償。自適應(yīng)參數(shù)初始值優(yōu)選地取自數(shù)值范圍0.1至0.5。 收斂算法如下：
[0022] a(k+l) =a(k)-]ii(k+l)ni 化）
[0023] 0(k+l) =0(k)-]i2(k+l)n2 化）
[0024] ]ii(k+l) =Ui 化）S即（ni2(k-l)-ni2 化））
[0025] Ji2(k+1)=化化）Sgn (mS 化-1)-1122 (k))
[0026] 其中a為不平衡偏差矢量的第一分量，0為不平衡偏差矢量的第二分量，iii與化為 自適應(yīng)參數(shù)，m為轉(zhuǎn)子不平衡量的第一分量，m為轉(zhuǎn)子不平衡量的第二分量，Sgn為符號判斷 函數(shù)，當(dāng)它所判定的算式為正時為+1，為負(fù)時為-1，（0)代表初值（即開始平衡第一根轉(zhuǎn)子時 所設(shè)定的值），化)代表上一輪參數(shù)修正后的值(當(dāng)一根轉(zhuǎn)子平衡好，換上新轉(zhuǎn)子時，k值在原 有基礎(chǔ)上遞增），化+1)代表本輪參數(shù)修正后的值。優(yōu)選地，第一分量和第二分量分別為轉(zhuǎn)子 平衡面上自定義正交軸上的分量。
[0027] 優(yōu)選地，新轉(zhuǎn)子的非線性自適應(yīng)補(bǔ)償?shù)某跏疾黄胶馄钛a(bǔ)償量取前一次完成的非 線性自適應(yīng)補(bǔ)償?shù)淖罱K不平衡偏差補(bǔ)償量。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡方法。包括步驟:S102,測試轉(zhuǎn)子 的振動;S104,根據(jù)振動數(shù)據(jù)，確定轉(zhuǎn)子的初始不平衡量;S106,根據(jù)所確定的不平衡量及當(dāng) 前不平衡偏差補(bǔ)償量對轉(zhuǎn)子進(jìn)行切削去重;S108，測試轉(zhuǎn)子的振動，確定轉(zhuǎn)子的不平衡量； Sl 10,判斷平衡結(jié)果是否合格，如果合格，則該轉(zhuǎn)子平衡完成，如果不合格，則進(jìn)入步驟 S112;S112,進(jìn)行不平衡偏差非線性自適應(yīng)補(bǔ)償，確定轉(zhuǎn)子的不平衡偏差補(bǔ)償量，進(jìn)入步驟 S106。
[0029] 優(yōu)選地，步驟S112中不平衡偏差非線性自適應(yīng)補(bǔ)償是將轉(zhuǎn)子平衡面上的不平衡偏 差矢量通過自適應(yīng)收斂算法進(jìn)行補(bǔ)償。
[0030] 本發(fā)明實施例區(qū)別于傳統(tǒng)不平衡參數(shù)自動修正，采用了非線性的自適應(yīng)修正，提 升了參數(shù)修正效率，避免了修正量的非線性振蕩。本發(fā)明實施例可W對兩個平衡面的角度 偏差進(jìn)行獨立修正，能適應(yīng)更多變的平衡工況。本發(fā)明實施例角度偏差修正與質(zhì)量(密度） 偏差修正可W同時進(jìn)行，提升了工作效率。
【附圖說明】
[0031] 圖1為傳統(tǒng)自動平衡機(jī)的系統(tǒng)框圖；
[0032] 圖2為切削深度與實際去重量關(guān)系曲線圖；
[0033] 圖3為轉(zhuǎn)子的兩個平衡面的示意圖；
[0034] 圖4為本發(fā)明實施例的平衡面剖面示意圖；
[0035] 圖5為本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)子平衡系統(tǒng)的示意圖；
[0036] 圖6為本發(fā)明實施例的轉(zhuǎn)子平衡方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡系統(tǒng)和方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0038] 自動平衡機(jī)在工作時，如果存在需要調(diào)整的不平衡偏差，該不平衡偏差將影響平 衡效果，具體表現(xiàn)為單次去重效率下降;本質(zhì)上是依據(jù)不平衡測量值進(jìn)行轉(zhuǎn)子定位，并使用 刀具在平衡面進(jìn)行去重時，實際去重量(切削量)與平衡面上需要去除的真實不平衡量之間 存在差異。運種差異體現(xiàn)在去重的質(zhì)量大小及其角度方位(相較于在轉(zhuǎn)子上人為規(guī)定的某 個0相位角度位置，比如可把圖4中轉(zhuǎn)子剖面圖里的y軸定義為0度)的偏差，在此將質(zhì)量大小 的偏差稱為質(zhì)量偏差，角度方位的偏差稱為角度偏差，二者統(tǒng)稱為不平衡偏差。
[0039] 為了解決前述技術(shù)問題，發(fā)明人對此展開了研究，早期有一種方案是進(jìn)行偏差量 的自動判斷及補(bǔ)償，W替代人工調(diào)試的修正方式。該方案假定殘余不平衡量與初始不平衡 量遵守線性運算關(guān)系，補(bǔ)償量的計算依賴于一套確定性的計算公式，先測量初次去重后轉(zhuǎn) 子的殘余不平衡量，再將殘余不平衡量與去重前初始不平衡量進(jìn)行線性運算，獲得偏差量， 并基于此對參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。該方案完全依賴系統(tǒng)中相關(guān)變量的線性化關(guān)系，如果運種線性 化假設(shè)與實際情況存在偏差，其效果會受到影響。并且該方案僅在轉(zhuǎn)子兩端平衡面出現(xiàn)同 方向的角度偏差時，方進(jìn)行角度調(diào)整，實際工作中，存在各種影響角度偏差因素，運些因素 導(dǎo)致的角度偏差在兩個平衡面上并不一定完全相等，當(dāng)兩個平衡面上的角度偏差存在差異 時，運個方案的效果也會受到影響。另外，該方案在進(jìn)行偏差修正時，需要將角度偏差修正 與質(zhì)量(密度參數(shù))偏差修正分開進(jìn)行，即先修正角度參數(shù)，再修正質(zhì)量參數(shù)，運增加了補(bǔ)償 工作的時間，影響了工作效率。
[0040] 事實上，該方案僅在殘余不平衡量與初始不平衡量遵守線性運算關(guān)系時，才能具 有好的效果，而實際系統(tǒng)中運個關(guān)系本質(zhì)上是非線性的。比如，不同切削深度下，實際去重 質(zhì)量與切削深度就不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，表現(xiàn)出典型的非線性特征，如圖2所示。而且系統(tǒng) 中導(dǎo)致非線性關(guān)系的因素很多，除了去重質(zhì)量與切削深度的非線性關(guān)系，還包括:不平衡量 測量中的非線性、轉(zhuǎn)子搬運造成的轉(zhuǎn)子定位非線性、自動切削時實際切削體積與理論值的 非線性偏差等各個環(huán)節(jié)中的非線性因素。
[0041] 在運些非線性因素的影響下，簡單W線性關(guān)系推算不平衡偏差，所得結(jié)果不夠精 確，更嚴(yán)重的是，由于待修正量本身與利用線性關(guān)系替代非線性關(guān)系所導(dǎo)致的計算偏差是 可比的（即不能忽略非線性因素的影響），W線性關(guān)系進(jìn)行參數(shù)修正，會帶來修正過程中相 關(guān)參數(shù)的不穩(wěn)定現(xiàn)象，產(chǎn)生補(bǔ)償量的非線性振蕩，具體表現(xiàn)為不平衡偏差補(bǔ)償量在計算中 難W收斂，在較寬的范圍內(nèi)波動。補(bǔ)償量的波動，往往在幅度上與待修正量是相當(dāng)?shù)?，會?實際補(bǔ)償效果造成大的影響，有時候甚至?xí)碡?fù)面作用，導(dǎo)致平衡效果變差。
[0042] 為了有效解決運種非線性因素導(dǎo)致的補(bǔ)償量不穩(wěn)定問題，改進(jìn)自動平衡機(jī)的自動 化程度及平衡質(zhì)量，應(yīng)對更一般化的角度偏差情況，并提升工作效率，發(fā)明人產(chǎn)生了本發(fā) 明，自動對不平衡偏差進(jìn)行識別及修正，實現(xiàn)偏差參數(shù)的有效補(bǔ)償。
[0043] 本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思是:采用自動平衡機(jī)平衡批量轉(zhuǎn)子，相對于傳統(tǒng)人工平衡去重 的轉(zhuǎn)子動平衡工藝，具有效率高，勞動強(qiáng)度低，平衡質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點。自動平衡機(jī)工作過程 中，影響系數(shù)矩陣精度、轉(zhuǎn)子材料與加工工藝穩(wěn)定性、轉(zhuǎn)子自動定位、搬運與切削系統(tǒng)的精 度等因素均會影響平衡機(jī)的平衡精度與工作效率。為了改善機(jī)器對不同類型及尺寸轉(zhuǎn)子的 動平衡效率，降低人工調(diào)試的勞動強(qiáng)度，提高機(jī)器的自動化水平，通過一套非線性的修正方 法，借助自適應(yīng)的手段，實現(xiàn)對平衡機(jī)不平衡偏差的自動在線修正，并有效避免了參數(shù)的非 線性振蕩。
[0044] 此非線性修正方法，通過監(jiān)測切削過程中轉(zhuǎn)子平衡前后不平衡量的變化情況，依 靠一個非線性的參數(shù)自適應(yīng)修正過程，不斷對不平衡偏差的估算值進(jìn)行修正，直到其收斂 于真實值的小鄰域內(nèi)。本發(fā)明具體實施中，可對兩個平衡面分別處理，依賴相同的參數(shù)修正 算法，各自對本平衡面的補(bǔ)償參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)捜索，不需要兩個平衡面上角度偏差相等，并 且不需要將角度偏差修正與質(zhì)量偏差修正分開進(jìn)行。
[0045] 圖3中示出的兩個平衡面中的每個平衡面分別獨立按照圖6所示自動參數(shù)修正過 程進(jìn)行不平衡修正，核屯、部分在于"不平衡偏差非線性自適應(yīng)補(bǔ)償"。"不平衡偏差非線性自 適應(yīng)補(bǔ)償"過程如下：
[0046] 假定實際偏差J表達(dá)如式(1)(式中，J為復(fù)變量，即圖4中的偏差矢量，j為虛數(shù)符 號，Cid與尚分別為偏差量在正交的x、y軸上的分量，可參看圖4中平衡面剖面圖）：
[0047]
(1)
[004引不平衡偏差的估算值為;:隸達(dá)如式(2)(式中，;:為復(fù)變量，a與0分別為Qd與臥的估 算值）：
[0049]
(2)
[0050] 利用？對不平衡偏差進(jìn)行修正（即進(jìn)行平衡切削前要把偏差量補(bǔ)償?shù)角邢髁坑嬎?值中）并用于轉(zhuǎn)子新一輪平衡后，轉(zhuǎn)子殘余不平衡量^如式(3):
[0051 ]
(3 )
[0052]將P、a、e、g、ni、n2,初值分別記為r (〇)、a(0)、e(0)、c，（〇)、m(0)、n2(0)，第k輪參 數(shù)修正后，分別記為rw、a(k)、e化）、€(。、〇1(10、112(10;則最新的不平衡偏差估算值為 ；^(k+0,對應(yīng)的殘余不平衡量為m化+l)+m化+l)j。具體的自適應(yīng)過程如下（S即為符號判 斷函數(shù)，當(dāng)它所判定的算式為正時為+1，為負(fù)時為-1):
[0053] a(k+l)=a(k)-iii(k+l)ni 化）（4)
[0054] e(k+l)=e(k)-ii2(k+l)n2 化）巧）
[0055] 化化+1)二化化）sgn(ni2 化-l)-ni2(k)) (6)
[0056] Ji2(k+l)=ii2 化）sgn(ri22 化-l)-n22(k)) (7)
[0057] 當(dāng)iii與化為自適應(yīng)參數(shù)，它們的初值iii(0)、ii2(0)(即開始平衡第一根轉(zhuǎn)子時所設(shè) 定的值)取得足夠小的時候（比如0.1~0.5)，自適應(yīng)算法將能夠收斂，最終殘余不平衡量e 會趨于0，也即完成了對不平衡偏差的自適應(yīng)修正。
[005引經(jīng)過自適應(yīng)捜索（即按照公式(4)-(7)進(jìn)行參數(shù)迭代），獲得實際偏差量的估算值
,此估算值為一復(fù)變量，其中同時包含了幅度信息Ir I與相角信息argtan(r);也 即同時獲得了角度偏差與質(zhì)量偏差修正量。
[0059] 下面結(jié)合圖5和圖6更具體的描述本發(fā)明實施例的不平衡偏差非線性自適應(yīng)補(bǔ)償 過程。
[0060] 通過人工或者搬運裝置或者其他裝置將新轉(zhuǎn)子安裝至測試裝置。測試裝置通過 旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到達(dá)平衡轉(zhuǎn)速，通過齒輪速度傳感器測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，通過振動傳 感器測量轉(zhuǎn)子的振動。測試裝置將測得的數(shù)據(jù)傳輸至控制器?？刂破鞲鶕?jù)轉(zhuǎn)子的振動數(shù)據(jù)， 計算轉(zhuǎn)子的初始不平衡量。
[0061] 剛性轉(zhuǎn)子現(xiàn)場平衡的主要方法是兩平面影響系數(shù)法，對于線性轉(zhuǎn)子一支承系統(tǒng)， 特定轉(zhuǎn)速下，不平衡量技引起的轉(zhuǎn)子支承巧由承)處不平衡振動響應(yīng);5與不平衡量口成正 比，即：（W下帶有箭頭表示矢量運算）
[0062]
[0063] 比例系數(shù)g稱為影響系數(shù)^
令3為軸承I處振動矢量，i為 軸承11處振動矢量，為軸承I處不平衡矢量，^為軸承11處不平衡矢量，貝U
[0064] 假設(shè)轉(zhuǎn)子運行于一特定轉(zhuǎn)速時，實驗測得轉(zhuǎn)子在兩軸承處的原始振動為:?;、友；， 在平衡面I加試重[7^后，兩軸承的振動變?yōu)閊、4，若單獨在平衡面n加試重氏^后，兩軸 承的振動變?yōu)閉^、京.則得
[0065] 平衡面I對兩軸承振動的影響系數(shù)為
[0066]
[0067]
[0068] 的影響系數(shù)為
[0069]
[0070]
[0071] S平衡面I、n去除校正平衡量反^，使?jié)M足
[0072]
[0073]
[0074] 即可消除兩軸承處的振動，對于剛性轉(zhuǎn)子，整個轉(zhuǎn)子的振動也便為零，達(dá)到了動平 衡的目的。而自動平衡機(jī)要完成的工作便是在特定轉(zhuǎn)速下(通常接近轉(zhuǎn)子真實工作轉(zhuǎn)速，并 且特定轉(zhuǎn)速在整個平衡過程中保持恒定），通過添加試重的辦法，測得轉(zhuǎn)子的影響系數(shù)矩 陣，依據(jù)動平衡原理，根據(jù)此影響系數(shù)矩陣及待平衡轉(zhuǎn)子的初始振動，找到不平衡量在兩個 平衡面上的大小及角度（即〔^、已^ )，使用切削工具對轉(zhuǎn)子進(jìn)行去重平衡。
[0075] 計算方法常規(guī)是利用不平衡影響系數(shù)矩陣，但是也可W采用其他算法。控制器根 據(jù)初始不平衡量確定切削位置和切削量，運時假定狀態(tài)理想，沒有偏差，即不平衡偏差量初 始估算值(即開始平衡第一根轉(zhuǎn)子時所設(shè)定的值：
X值可為0,在此基礎(chǔ) 上進(jìn)行參數(shù)修正?？刂破鲗⑶邢髦噶顐鬏斨燎邢餮b置。幾乎與此同時，控制器控制搬運裝置 將轉(zhuǎn)子從測試裝置搬運至切削裝置。切削裝置將轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)定位到特定角度并牢牢壓緊后， 按照切削指令通過切削工具對轉(zhuǎn)子進(jìn)行切削去重。切削完成后，控制器控制搬運裝置將轉(zhuǎn) 子從切削裝置搬運回測試裝置進(jìn)行復(fù)測?？蛇x地，復(fù)測裝置可W不同于初測裝置，那樣就是 將轉(zhuǎn)子從切削裝置搬運到復(fù)測裝置（W下依然稱為測試裝置）。測試裝置驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到達(dá) 平衡轉(zhuǎn)速，測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，測量轉(zhuǎn)子的振動。測試裝置將測得的數(shù)據(jù)傳輸至控制器?？刂?器判斷轉(zhuǎn)子的不平衡程度是否低于預(yù)設(shè)闊值，如果低于，則認(rèn)為結(jié)果合格，通知人工或者搬 運裝置或者其他裝置將轉(zhuǎn)子移出轉(zhuǎn)子平衡系統(tǒng)，如果不合格，則對不平衡偏差進(jìn)行非線性 自適應(yīng)補(bǔ)償。
[0076] 放上第一根轉(zhuǎn)子(如果第一根轉(zhuǎn)子第一次復(fù)測直接合格則往后順推)首次進(jìn)行非 線性自適應(yīng)補(bǔ)償時，稱為第一輪非線性自適應(yīng)補(bǔ)償。第一輪非線性自適應(yīng)補(bǔ)償過程如下:控 制器根據(jù)轉(zhuǎn)子的復(fù)測振動數(shù)據(jù)，計算轉(zhuǎn)子的初始?xì)堄嗖黄胶饬?br>自適 應(yīng)參數(shù)心化的初值化(0)、化(0)在0.1至0.5之間選擇。對自適應(yīng)參數(shù)進(jìn)行第一輪修正:化（1) =Wi(O)sgn(ni2(-l )-ni2(〇)) ;]i2( 1) = Ji2(0)sgn(n22(-l )-1122(0))(計算時可令ni(-l)、ri2(- I)為0)。然后根據(jù)更新的自適應(yīng)參數(shù)更新不平衡偏差量:Ct(I)=Ct(O)- yi(i)m(o);e(i)=e (0)-ii2(l)n2(0)。第一輪參數(shù)修正后的不平衡偏差量估算{J
[0077] 控制器基于不平衡偏差i
確定切削位置和切削量。對平衡 面1，^可記為^0 ,^平衡面2，；^可記為,；^6 ^殘余不平衡量理論計算值即^。與；5&，實際切削量 應(yīng)在計算值基礎(chǔ)上進(jìn)行修正，修正后的不平衡量為?？刂破鲗⑶邢髦噶?傳輸至切削裝置。搬運裝置將轉(zhuǎn)子從測試裝置搬運至切削裝置。切削裝置根據(jù)修正后的不 平衡量對轉(zhuǎn)子進(jìn)行切削去重。搬運裝置將轉(zhuǎn)子從切削裝置搬運回測試裝置進(jìn)行復(fù)測。測試 裝置測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和振動。測試裝置將測得的數(shù)據(jù)傳輸至控制器?？刂破髋袛噢D(zhuǎn)子的不 平衡程度是否低于預(yù)設(shè)闊值，如果低于，則認(rèn)為結(jié)果合格，將轉(zhuǎn)子移出轉(zhuǎn)子平衡系統(tǒng)，如果 不合格，則對不平衡偏差進(jìn)行下一輪非線性自適應(yīng)補(bǔ)償。
[0078] 第二輪非線性自適應(yīng)補(bǔ)償過程如下：控制器根據(jù)轉(zhuǎn)子的復(fù)測振動數(shù)據(jù)，計算轉(zhuǎn)子 的殘余不平衡i
,胃對自適應(yīng)參數(shù)進(jìn)行第二輪修正:叫（2 )= Jii (1) Sgn (ni2(〇)-ni2(l));ii2(2)=化（I)sgn(n22(0)-n22(l))。然后根據(jù)更新的自適應(yīng)參數(shù)更新不平 衡偏差量:日（2)=日（1)-山（2)ni(l);e(2)=e(l)-ii2(2)n2(l)。第二輪參數(shù)修正后的不平衡 偏差量估算值
[0079] 依次類推，從而實現(xiàn)不平衡偏差非線性自適應(yīng)補(bǔ)償W及轉(zhuǎn)子的自動化平衡。
[0080] 平衡完一根轉(zhuǎn)子，換上新的待平衡轉(zhuǎn)子時，此遞推過程繼續(xù)進(jìn)行(k在原有基礎(chǔ)上 更新），即要使用前一根轉(zhuǎn)子平衡完畢后給出的不平衡偏差量作為新一輪動平衡的不平衡 偏差量。
[0081] W上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明掲露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵 蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)W所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1. 一種電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡系統(tǒng)，其特征在于，包括： 測試裝置，包括轉(zhuǎn)子驅(qū)動與定位模塊，配置用于驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)以及使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)定位到 特定角度，以及轉(zhuǎn)速與振動測量模塊，配置用于測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和振動； 切削裝置，包括轉(zhuǎn)子定位與固定模塊，配置用于使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)定位到特定角度并緊固轉(zhuǎn) 子，以及移動與切削模塊，配置用于移動切削電機(jī)并切削轉(zhuǎn)子特定部位； 搬運裝置，配置用于將轉(zhuǎn)子在所述測試裝置與所述切削裝置之間搬運； 控制器，連接至所述測試裝置和所述切削裝置，配置用于控制所述測試裝置對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 速和振動進(jìn)行測量，通過不平衡影響系數(shù)矩陣計算轉(zhuǎn)子不平衡量，并根據(jù)轉(zhuǎn)子不平衡量及 當(dāng)前不平衡偏差補(bǔ)償量控制所述切削裝置對轉(zhuǎn)子進(jìn)行切削去重，以及對不平衡偏差進(jìn)行非 線性自適應(yīng)補(bǔ)償。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器還配置用于在所 述切削裝置對轉(zhuǎn)子進(jìn)行切削去重之后控制所述測試裝置對轉(zhuǎn)子不平衡量進(jìn)行復(fù)測，如果復(fù) 測結(jié)果合格則對該轉(zhuǎn)子的平衡過程結(jié)束，如果復(fù)測結(jié)果不合格，則對不平衡偏差進(jìn)行非線 性自適應(yīng)補(bǔ)償。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器對不平衡偏 差進(jìn)行非線性自適應(yīng)補(bǔ)償是將轉(zhuǎn)子平衡面上的不平衡偏差矢量通過自適應(yīng)收斂算法進(jìn)行 補(bǔ)償。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器進(jìn)行非線性自適 應(yīng)補(bǔ)償時的自適應(yīng)參數(shù)初始值取自數(shù)值范圍〇. 1至〇. 5。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器進(jìn)行非線性自適 應(yīng)補(bǔ)償?shù)氖諗克惴ㄈ缦拢?a(k+l) = a(k)-yi(k+l)m(k) P(k+1) =0(k)-y2(k+l)n2(k) yi(k+l) =yi(k)sgn(m2(k-l)-ni2(k)) y2(k+l) =y2(k)sgn(n22(k-l)-n22(k)) 其中a為不平衡偏差矢量的第一分量，β為不平衡偏差矢量的第二分量，講與此為自適應(yīng) 參數(shù)，m為轉(zhuǎn)子不平衡量的第一分量，把為轉(zhuǎn)子不平衡量的第二分量，sgn為符號判斷函數(shù)， 當(dāng)它所判定的算式為正時為+1，為負(fù)時為-1，（0)代表初值，（k)代表上一輪參數(shù)修正后的 值，（k+1)代表本輪參數(shù)修正后的值。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡系統(tǒng)，其特征在于，第一分量和第二分量分別為 轉(zhuǎn)子平衡面上自定義正交軸上的分量。7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡系統(tǒng)，其特征在于，新轉(zhuǎn)子的非線性自適應(yīng)補(bǔ)償 的初始不平衡偏差補(bǔ)償量取前一次完成的非線性自適應(yīng)補(bǔ)償?shù)淖罱K不平衡偏差補(bǔ)償量。8. -種電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡方法，其特征在于，包括步驟： S102,測試轉(zhuǎn)子的振動； S104，根據(jù)所述振動數(shù)據(jù)，確定轉(zhuǎn)子的初始不平衡量； S106，根據(jù)所確定的不平衡量及當(dāng)前不平衡偏差補(bǔ)償量對轉(zhuǎn)子進(jìn)行切削去重； S108，測試轉(zhuǎn)子的振動，確定轉(zhuǎn)子的不平衡量； S110,判斷平衡結(jié)果是否合格，如果合格，則該轉(zhuǎn)子平衡完成，如果不合格，則進(jìn)入步驟 S112； S112,進(jìn)行不平衡偏差非線性自適應(yīng)補(bǔ)償，確定轉(zhuǎn)子的不平衡偏差補(bǔ)償量，進(jìn)入步驟 S106〇9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡方法，其特征在于，步驟S112中不平衡偏差非線 性自適應(yīng)補(bǔ)償是將轉(zhuǎn)子平衡面上的不平衡偏差矢量通過自適應(yīng)收斂算法進(jìn)行補(bǔ)償。10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡方法，其特征在于，步驟S112中不平衡偏差 非線性自適應(yīng)補(bǔ)償?shù)淖赃m應(yīng)參數(shù)初始值取自數(shù)值范圍0.1至0.5。11. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡方法，其特征在于，步驟S112中不平衡偏差 非線性自適應(yīng)補(bǔ)償?shù)氖諗克惴ㄈ缦拢?a(k+l) = a(k)-yi(k+l)m(k) P(k+1) =0(k)-y2(k+l)n2(k) yi(k+l) =yi(k)sgn(m2(k-l)-ni2(k)) y2(k+l) =y2(k)sgn(n22(k-l)-n22(k)) 其中a為不平衡偏差矢量的第一分量，β為不平衡偏差矢量的第二分量，講與此為自適應(yīng) 參數(shù)，m為轉(zhuǎn)子不平衡量的第一分量，把為轉(zhuǎn)子不平衡量的第二分量，sgn為符號判斷函數(shù)， 當(dāng)它所判定的算式為正時為+1，為負(fù)時為-1，（0)代表初值，（k)代表上一輪參數(shù)修正后的 值，（k+1)代表本輪參數(shù)修正后的值。12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡方法，其特征在于，第一分量和第二分量分別 為轉(zhuǎn)子平衡面上自定義正交軸上的分量。13. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的電機(jī)轉(zhuǎn)子平衡方法，其特征在于，新轉(zhuǎn)子的非線性自適應(yīng) 補(bǔ)償?shù)某跏疾黄胶馄钛a(bǔ)償量取前一次完成的非線性自適應(yīng)補(bǔ)償?shù)淖罱K不平衡偏差補(bǔ)償 量。
【文檔編號】H02K15/16GK105978266SQ201610220255
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】白金剛, 何雷
【申請人】武義益圣設(shè)備有限公司