[發(fā)明專利]一種基于速度相關(guān)的數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)獲取方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310180121.4
• 申請日: 2013-05-15
• 公開（公告）號: CN103336482A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李斌;毛新勇;劉紅奇;劉響求;彭芳瑜;羅博;蔡輝;張譯寒
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G05B19/18
• 分類號: G05B19/18
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李佑宏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)控裝備結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)分析領(lǐng)域，尤其涉及一種數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的辨識方法。

背景技術(shù)

結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)包括固有頻率、阻尼比、模態(tài)振型向量，能夠反映結(jié)構(gòu)的固有特性，所以準(zhǔn)確獲得結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)對于結(jié)構(gòu)的前期設(shè)計(jì)、中期使用及后期故障診斷都有重要意義。

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析技術(shù)能夠得到完整的模態(tài)參數(shù)，但對于大型結(jié)構(gòu)(如橋梁、重型數(shù)控機(jī)床等)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析技術(shù)的激勵方式難以實(shí)施，利用其它易于實(shí)施的隨機(jī)激勵(如環(huán)境激勵)作為激勵方式的工作模態(tài)分析方法得到了重視。工作模態(tài)分析方法中，假設(shè)輸入激勵為幅值恒定的白噪聲隨機(jī)激勵，推導(dǎo)出其互功率譜矩陣與頻響函數(shù)矩陣有相似的表達(dá)式，可通過互功率譜矩陣辨識出部分的模態(tài)參數(shù)。

現(xiàn)有的工作模態(tài)分析方法，即在結(jié)構(gòu)處于運(yùn)行狀態(tài)時，通過結(jié)構(gòu)自身的運(yùn)動產(chǎn)生激勵，測量結(jié)構(gòu)的響應(yīng)信號，并通過響應(yīng)信號能夠辨識結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。但對于重型數(shù)控機(jī)床等大型結(jié)構(gòu)，隨著結(jié)構(gòu)的變化，使得結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)并非固定不變的，以重型數(shù)控機(jī)床為例，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)數(shù)控機(jī)床的工作臺處于不同進(jìn)給速度時，所獲得的數(shù)控機(jī)床模態(tài)會發(fā)生明顯的變化。這些模態(tài)參數(shù)的變化對于數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)階段的優(yōu)化設(shè)計(jì)及數(shù)控加工過程中加工穩(wěn)定性判斷提供重要依據(jù)，同樣是不可忽視的。顯然現(xiàn)有的工作模態(tài)分析方法無法獲得數(shù)控機(jī)床不同進(jìn)給速度下的模態(tài)參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種數(shù)控機(jī)床不同進(jìn)給速度下模態(tài)參數(shù)的獲取方法，其目的在于通過控制工作臺的進(jìn)給速度在某兩個速度值之間不斷做加減速動作對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行激勵，獲得其模態(tài)參數(shù)，由此解決無法準(zhǔn)確獲得數(shù)控機(jī)床在不同進(jìn)給速度下的模態(tài)參數(shù)的問題。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種速度相關(guān)的數(shù)控機(jī)床模態(tài)參數(shù)的獲取方法，通過對數(shù)控機(jī)床的工作臺施加多次加減速沖擊產(chǎn)生激勵，實(shí)現(xiàn)對數(shù)控機(jī)床不同進(jìn)給速度下模態(tài)參數(shù)的獲取，其特征在于，該方法具體包括：

確定施加的單次加減速沖擊的時間及加速度值；

確定相鄰加減速沖擊間的間隔時間，其中，該間隔時間內(nèi)所述工作臺為靜止或勻速進(jìn)給狀態(tài)，各間隔時間所組成的序列為隨機(jī)序列；

根據(jù)上述確定的加速度、單次加減速沖擊的時間以及各次加減速沖擊間的間隔時間，生成G代碼，控制數(shù)控機(jī)床的工作臺進(jìn)給運(yùn)動，從而產(chǎn)生激勵；

采集激勵下的數(shù)控機(jī)床的響應(yīng)信號并經(jīng)工作模態(tài)分析處理，即可得到數(shù)控機(jī)床相應(yīng)進(jìn)給狀態(tài)下的模態(tài)參數(shù)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述單次加減速沖擊包括將工作臺進(jìn)給速度從第一速度加速到第二速度的第一加速階段和從該第二速度加速到所述第三速度的第二加速階段。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，第一加速階段和第二加速階段的時間相等，且均為單次加減速沖擊時間的一半。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述第一加速階段和第二加速階段的加速度恒定，且大小相等，方向相反。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述工作臺在施加激勵前的進(jìn)給速度為零，所述第一速度和第三速度均為零，第二速度為絕對值大于零的定值。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述工作臺在施加激勵前的進(jìn)給速度為大于零的勻速，所述第一速度和第三速度大小相等，方向相反，第二速度為零。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述單次加減速沖擊時間根據(jù)數(shù)控機(jī)床的感興趣頻帶的大小確定。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述確定的加速度值可激起數(shù)控機(jī)床的感興趣的各階模態(tài)。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述數(shù)控機(jī)床的響應(yīng)信號通過加速度傳感器檢測得到。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選，所述模態(tài)參數(shù)包括固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型向量。

本發(fā)明中，數(shù)控機(jī)床工作臺在不同進(jìn)給速度下的激勵時間間隔序列為隨機(jī)序列。

本發(fā)明中，可根據(jù)數(shù)控機(jī)床模態(tài)分析所需的頻帶確定激勵力的頻帶f₀的大小，f₀優(yōu)選為所感興趣數(shù)控機(jī)床頻帶的兩倍，由于工作臺在加、減速時才會對數(shù)控機(jī)床產(chǎn)生激勵力，則單次加速、減速的時間Δt₀=1/f₀。