而易举地得到解决。本系统的控制软件就是基于这种基本原则而设计的,其流程框图如图2所示,以下对流程图作简单介绍。
图2 系统软件流程总体框图
① 初始化及其自校
软件运行时,首先对硬件部分(如8255等)进行初始化,并将其本身所用到的状态标志进行初始设置,然后进入系统自校。系统自校主要是对硬件电路的校验,判断硬件是否正常工作。若有故障,显示并提请用户排除故障;若无故障,自校通过。该功能的设置,主要是为了增加系统的可靠性,方便用户使用、维护。
② 转子文件的建立、修改和删除
转子文件记录了转子动平衡所需的全部平衡参数信息。一个转子的平衡测量必须在其转子文件基础上进行,这是因为测量中所有的运算、补偿及其它特殊处理(包括多面校正计算)所需要的参数都是由转子文件和标定文件提供的。转子文件包括了动平衡机的信息、转子的几何尺寸、电测系统的信息以
及平衡的方式和不平衡的表述方式,综合起来有下述一些方面:转子文件名、动平衡机类别(硬支承/软支承)、测振传感器(位移型/速度型/力型)、转子支承方式(6种)、a-b-c-r1-r2尺寸、显示模式(左右校正面/准静-偶/偶-准静/支承动载荷)、显示方式(极坐标/分量)、轻/重区、增益控制方式(人工/自动)、宽/窄带、平均化处理(延迟时间、平均时间)、平衡允差、平衡转速、校正方式(不要/人工/自动)、补偿(不要/初值补偿/工装偏心补偿/键补偿/多次启动平均)等等。用户根据实际需要,建立或修改转子文件。软件将给用户提供一个转子文件名目录,用户可以选择调用某一转子文件,也可重新建立或删除原有文件。由于本系统主要是为通用硬支承动平衡机设计,故一般来讲,用户都需进行转子文件的新建(对于一个新的转子而言),而专用用户(转子类型不变)则可以选用某一文件即可。总之,所有的测量、标定功能都必须在某一转子文件基础之上。另外,由于转子文件包含了转子的重要平衡信息,修改某些项目将使得文件表达的意义面目全非,软件设有口令检查,禁止无关人员修改、删除文件,保证系统的安全。
③ 标定和测量
动平衡机系统包括机械测振系统(含传感器)和电测硬件线路的整体。标定就是确定整个机电系统的传递函数的增益系数和相位移。对于硬支承机,为减小原理误差,本系统采取了逐段(转速段)标定的办法。标定系数的单位为g.mm/单位输出,可由系统自动生成。标定时需要建立一个标定转子的转子文件,然后进入标定状态。根据需要选择键盘设置或自动标定。键盘设置适合于对标定系数作小的调整,并确定各转速段的特征频率(或特征转速)。自动标定采用两点标定法并能自动消除初始不平衡量,自动生成标定系数。无论键盘设置或自动标定都将标定系数送入标定文件中,新的标定文件将代替旧的。因此,本系统增加密码检查,禁止无关人员进行标定操作,保证系统的安全。测量模块包括对不平衡量的测量以及各种特殊处理、打印和增益控制切换等。不平衡量的测量是本系统的主要任务,也是系统软件的主要功能,它包括采集硬件系统来的不平衡信号、系统状态信息码、平衡转速和增益控制电路的增益码等;进行矢量运算、增益运算、非线性补偿运算和a-b-c-r1-r2矢量分离运算;显示不平衡量、转速及增益等。
④ 二次处理
二次处理包括:① 频率加权;② 放大器增益影响的扣除;③ a-b-c-r1-r2运算;④ 补偿运算;⑤ 坐标变换;⑥ 标定系数的自动生成和运用;⑦ 多次启动平均;⑧ 校正量计算等。a-b-c-r1-r2运算是根据转子文件中的a-b-c-r1-r2值、支承方式以及用户要求的显示模式(左右校正面/准静-偶/偶-准静/支承动载荷)的不同,利用有关公式进行运算。补偿运算主要用于消除各类系统误差,主要有:初值补偿、键补偿和工装偏心补偿。通过初值补偿可获得一个不平衡读数为零的“标准”转子(转子的实际不平衡量并不为零);通过键补偿可使无键轴的不平衡读数自动加上键的不平衡量的影响;通过工装偏心补偿则可以消除动平衡机工艺装备(如工艺心轴、平衡夹具、联轴节等)的偏心(相对于旋转轴线)对转子不平衡量的影响。多次启动平均主要用于有松动零件的转子(如带叶片的涡轮转子)的平衡,由于这
种误差的引起是随机的,故采用多次启动平均。不同的场合,要求动平衡量有不同的表示方式,如极坐标、分量等等,用户可根据自己的需要和要求进行选择,软件将根据转子文件的不同选择,对平衡量进行坐标变换,为了给校正工序提供直接的数据,软件可以根据不同的工艺要求,将不平衡量分解到需要校正的各个平面上。
4 结论
本文针对国内外动平衡机电测系统的基本现状及发展趋势,提出了一种以IBM-PC机为主机的微机化硬支承动平衡机通用电测系统的实现方案,并经过对系统的实际调试和机电联调,证明了方案的可行性。
系统的测量转速范围为180~5000r/min。
主滤波器采用先进的MDAC数字模拟混合式的相关滤波,直流零漂稳定,受温度影响小。
前置滤波采用三次积分器,消除了转速对不平衡信号的影响。自动增益控制采用纯硬件实现,人工增益控制则采用硬软件共同实现。 转子转速测量采用闸门计数法,精确、可靠。
为进一步提高测量精度。系统软件中采用了非线性补偿的方法,以消除实际积分器线性化所引入的误差。
由于三次积分器的电路参数配置要求严格,非线性补偿的引入削弱了其原来的优势,本文提出了新的前置滤波器方案——跟踪带通滤波器,并在实验中证明了该方案的可行性。 动平衡机电测系统微机化的好处是明显的,不但以较小的代价增强了系统的功能,也由于各种平均和补偿算法的加入,提高了测量精度。实现了高精度、多功能、易操作和低成本的总体目标。