[發明專利]一種高頻扭振發生裝置及控制方法

在審

• 申請號: 201810274812.3
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108426635A
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 馬相龍;薛增喜;王佩君;陳平;陳奕;蔣衛杰
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七0四研究所
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根;徐穎

1.一種高頻扭振發生裝置，其特征在于，包括伺服電機、軸支承、扭振減振器、光電編碼器、激振器、主動軸、從動軸、激振器控制器、工控機、伺服電機控制器及試驗臺；伺服電機的輸出軸直接與主動軸直接相連，伺服電機的輸出軸帶動主動軸及主動軸上安裝的慣性負載一起旋轉；從動軸與主動軸間通過安裝扭振減振器連接，主動軸將運動通過扭振減振器傳遞給從動軸，從動軸的末端安裝有慣性負載；安裝在從動軸上的激振器對從動軸施加周期性扭矩，激起扭振；激振器兩側各有一個光電編碼器采集激振器兩側軸系瞬時轉速信號，并傳遞給工控機中的信號處理分析系統；信號處理分析系統計算得到的扭振振幅及頻率作為參考信號，與目標信號相比較，獲得轉速反饋控制信號和激振器反饋控制信號，分別傳遞給伺服電機控制器和激振器控制器，使從動軸上激振器兩側產生所需要的扭振信號，伺服電機及主動軸、從動軸的軸支承固定在水平試驗臺上。

2.根據權利要求1所述高頻扭振發生裝置，其特征在于，所述激振器激振器包括旋轉部件(15)、固定部件(16)、勵磁線圈(13)、永磁鐵(14)、底座(17)、升降桿及鎖緊螺母；底座(17)上固定圓環形結構固定部件(16)，旋轉部件(15)由圓環和圓環臂組成，旋轉部件(15)的圓環中心與固定部件(16)圓心重合，與從動軸固定連接，并隨從動軸轉動；旋轉部件(15)圓環臂末端與永磁鐵(14)固定連接；固定部件(16)分為內圓環和外圓環兩層；數個勵磁線圈(13)固定安裝在外圓環層結構內側，且每個勵磁線圈(13)中心線與對應的外圓環層切線均呈α夾角，45°＜α＜90°；數個勵磁線圈在外圓環層結構上以固定部件(16)圓心為中心均勻分布；固定部件(16)內圓環層結構中間正對勵磁線圈位置為一圈通槽，以便旋轉部件(15)帶動永磁鐵(14)在槽中自由通過；內內圓環層結構與外圓環層結構兩側以擋板固定連接；外圓環層結構與底座(17)固定連接；底座(17)下部布有貫穿螺孔，與試驗臺間以升降桿連接；調整升降桿使旋轉部件(15)的旋轉中心與固定部件(16)的內外圓環中心重合，調整后升降桿與試驗臺并通過鎖緊螺母固定。

3.根據權利要求2所述高頻扭振發生裝置的控制方法，其特征在于，具體包括如下步驟：

1)、輸入扭振振幅和頻率，工控機將其轉換為伺服電機轉速控制信號、激振器開關控制信號、激振器電流信號傳遞給伺服控制器和激振器控制器；

2)伺服電機控制器與激振器開關控制器配合，產生設定的扭振頻率，伺服電機轉速、勵磁線圈接通數量與扭振頻率符合方程：

式中，f為扭振頻率，Hz；k為勵磁線圈接通數量；Z為伺服電機輸出轉速，r/min；

3)勵磁線圈通電后，在近距離產生穩定磁場，勵磁線圈末端附近的磁場強度與勵磁線圈內部接近，符合方程：

B＝μ₀nI

式中，μ₀是真空中的磁導率，n是勵磁線圈匝數，I是勵磁線圈通電電流；

當旋轉部件的永磁體接近時對其產生作用力，遠離時作用力逐漸消失，形成對從動軸的周期性變化扭矩M：

M＝mx VBR sin(α)grad(B)

式中，m為永磁鐵質量，kg；x為磁化比，m³/kg；V為永磁鐵體積，m³；R為旋轉部件圓環中心到永磁體中心距離，m；α為勵磁線圈中心線與對應的外圓環切線夾角；B為磁場強度，T；grad(B)為磁場強度梯度，dB/dl；

4)從動軸受到周期性變化扭矩激勵后產生轉速波動，形成扭振，扭振角位移是激勵扭矩和頻率的函數：

θ＝Θ(M，f)

5)光電編碼器將測得瞬時轉速經數據采集卡傳遞給信號分析處理系統，經譜分析后獲得扭振振幅和頻率；

6)將信號分析處理系統得到的扭振振幅與頻率信息作為參考信號，通過數據擬合的方法，確定伺服電機轉速、勵磁線圈開關及電流的反饋控制參數，最終得到與目標信號一致的扭振振幅和頻率。