精密离心机动平衡系统控制方法研究

论文摘要

精密离心机是测试与标定加速度计在高过载下性能的高精度惯导测试设备。精密离心机存在的动不平衡量以及消除动不平衡量的实时性等都会影响精密离心机的精度。为了提高精密离心机的精度,采用双面校正的动平衡方法,减小了离心机转子中存在的不平衡量,提高了精密离心机的精度。因此实现动平衡系统有着重要的现实意义。首先,通过对精密离心机的结构进行分析,建立旋转轴与非旋转轴坐标系,考虑到精密离心机在旋转过程中所受的各种力的影响,建立了精密离心机在动态过程中的数学模型。其次,给出了精密离心机动平衡解算方法。第二,通过精密离心机的建模与分析,首先,对精密离心机的数学模型进行简化,根据系统的剪切频率的要求与开环Bode图,采用滞后校正的方法进行控制。其次,卸荷系统与精密离心机动平衡系统,以及齿盘啮合力之间具有耦合,通过MATLAB仿真研究了精密离心机在不同转速下,精密离心机的动不平衡量和啮合力的变化情况,给出了精密离心机卸荷滑车的控制方法。第三,精密离心机动平衡控制系统软件针对精密离心机动平衡系统的实时性的需要,本文研究了基于RTX（Real-Time Extension）实时控制系统的设计。首先,阐述了在众多实时控制方案中选择基于Windows下扩展方法的原因。其次,分析了Windows NT系统在实时方面的缺陷和RTX系统在精密离心机动平衡系统的应用过程中的必要性。第三,通过创建共享内存空间的方式,实现进程间的通信,提高了数据采集和实时更新数据的速度。第四,用软件实现了第二章所述的综合解算法,以及对各种影响的补偿。最后,针对RTX的实时性能进行了测试对比。最后,介绍了动平衡执行部分的功能。根据可编程控制器设计要求以及松下电工的通讯协议,采用串口通信的方式,实现了PC与PLC之间的通讯。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景及研究意义
• 1.2 国内外精密离心机的发展
• 1.3 动平衡行业的发展状况
• 1.4 实时软件发展状况和提高实时性方法
• 1.4.1 实时性软件的发展状况
• 1.4.2 提高Windows 实时性方法
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第2章 精密离心机数学模型的建立
• 2.1 精密离心机的结构
• 2.2 精密离心机的基本参数
• 2.3 精密离心机坐标系建立
• 2.3.1 不旋转坐标系的建立
• 2.3.2 旋转坐标系的建立
• 2.4 精密离心机的受力分析
• 2.4.1 离心力
• 2.4.2 平衡力
• 2.4.3 摩擦力
• 2.5 精密离心机状态方程
• 2.6 动平衡系统的解算方法
• 2.7 本章小结
• 第3章 精密离心机动平衡系统及卸荷系统控制方法
• 3.1 精密离心机精度要求与指标初步分配
• 3.1.1 离心机动平衡系统精度要求
• 3.1.2 离心机卸荷系统精度要求
• 3.2 精密离心机动平衡系统的控制器设计
• 3.2.1 直流力矩电动机的基本方程
• 3.2.2 动平衡系统控制器设计
• 3.2.3 动平衡系统的精度与调节范围
• 3.3 精密离心机卸荷系统的调整方法
• 3.3.1 卸荷系统产生的弹性变形
• 3.3.2 啮合力大小变化情况及控制方法
• 3.3.3 卸荷系统精度分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 动平衡控制系统软件实现
• 4.1 实时控制方案的选择
• 4.2 动平衡控制系统软件的设计
• 4.2.1 RTX 实时性原理
• 4.2.2 精密离心机软件设计的整体框架
• 4.2.3 RTX 实时响应评估
• 4.3 动平衡系统的数据采集与处理
• 4.3.1 压电传感器的特点及使用
• 4.3.2 数据采集硬件实现
• 4.3.3 综合解算法的实现
• 4.4 PLC 功能的实现
• 4.4.1 可编程控制器的种类与选择
• 4.4.2 松下电工的专用通讯协议
• 4.4.3 运用Mscomm 控件实现PC 与PLC 通信
• 4.4.4 PLC 程序设计
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢