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专利号: 2013103155635
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:无效专利
专利领域: 机床;其他类目中不包括的金属加工
更新日期:2023-07-20
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于主振模态预测的带锯条振动主动抑制装置,包括第一电涡流传感器、第二电涡流传感器、第三电涡流传感器、第四电涡流传感器,第一传感器支架、第二安装支架、第三安装支架,一个薄壁液压缸,一个活塞杆耳环,一个滚轮及一个液压缸安装架;

其特征在于:所述的第一电涡流传感器和第二电涡流传感器通过第一传感器支架安装在金属带锯床的第一导柱上,且第一电涡流传感器和第二电涡流传感器在同一竖直平面内并正对带锯条侧面,第三电涡流传感器和第四电涡流传感器分别通过第二安装支架、第三安装支架安装在第二导柱上,其中第三电涡流传感器设置在带锯条的侧面,第四电涡流传感器设置在带锯条的正上方,薄壁液压缸通过法兰固定在液压缸安装架上,所述的薄壁液压缸的输出杆顶端固定设置有活塞杆耳环,活塞杆耳环内设置有可自由滚动的滚轮,滚轮的轴线方向与带锯条的运动方向垂直。

2.一种基于主振模态预测的带锯条振动主动抑制方法,其特征在于,该方法具体包括以下步骤:步骤一、数据的采集、放大及A/D转换;

在带锯床运行过程中,第一电涡流传感器、第二电涡流传感器、第三电涡流传感器、第四电涡流传感器检测带锯条横向、纵向及扭矩方向上的颤振偏移量,分别输出模拟量信号值p1(t)、q1(t)、x1(t)、y1(t);采集卡通过外接电缆,接收转换板的模拟信号,并进行模拟信号的高速A/D转换,输出的数字信号为p2(t)、q2(t)、x2(t)、y2(t);

步骤二、提取主振型模态参数

该步主要分为窗函数截断、EMD筛分、FFT变换;以x2(t)为例:在将x2(t)用窗函数截断后进行EMD筛分;

(1)

式中,u1(t)是用三次样条曲线连接x2(t)的所有极大值点构成上包络线,d1(t)是用极小值点构造出下包络线h1=x2(t)-m1

若h1满足IMF的两个条件,那么h1就是x2(t)的第一个分量;

两个条件分别是:

1)IMF的波形必须是局部对称的,即IMF信号的由极大值点构成的上包络线和由极小位点构成的下包络线在任意时刻的均值都为零;

2)要求整个IMF信号中,过零点的个数与极点个数相等或最多相差一个;

(2)如果h1不满足IMF的条件,把h1视为原始数据,重复步骤(1),得到上、下包络线的平均值m11,求h11h11=h1-m11

看h11是否满足IMF的条件,如不满足,则重复步骤(2)k次,直到得到满足IMF的条件时,得到c1=h1k为x2(t)的一个IMF分量;

r1=x2(t)-c1

(3)将r1做为步骤(1)中的原始数据进行判断r1是否还能继续分解,如果不能,筛分结朿;如果能继续分解,则把r1作为原始数据重复步骤(1)、(2),得到x2(t)的第二IMF分量C2,如此重复n次,得到n个满足IMF条件的分量;

当rn的上、下包络线均值曲线为一单调函数时,不能再从中提取满足IMF条件的分量,筛分循环结束,可得如此EMD筛分结束,从c1至cn分量中选择周期最大的一组函数cj做为主振型,对cj做FFT变换得cj(f),从其幅频特性中选择最大的幅值,并记为s3;所得s3即为x2(t)对应的主振型模态参数;

以此类推可分别求得p2(t)、q2(t)、x2(t)、y2(t)的主振型模态参数s1、s2、s3、s4;

步骤三、计算抑振控制参数

基于上述的主振型模态参数,采用PID控制算法,计算控制抑制参数;

第k次采样,其计算公式为

e(k)=k1*|s1-s2|+k3*s3+k4*s4式中,k1、k3、k4是自整定参数,分别代表带锯条扭矩方向、横向及纵向振动的控制比例参数;

Δsp(k)=kp*[e(k)-e(k-1)]Δsi(k)=ki*e(k)

Δsd(k)=kd*[e(k)-2*e(k-1)+e(k-2)]Δs(k)=Δsp(k)+Δsi(k)+Δsd(k)s(k)=s(k-1)+Δs(k)

式中s(k)为第k次采样的抑振控制输出;

e(k-1)为第k-1次采样计算所得值,当k-1<1,则e(k-1)=0;

kp、ki、kd为自整定参数,需用户根据带锯床运行情况自行调整;

步骤四、抑振控制

将抑振控制参数通过模拟信号接口模块输入到快速响应阀,通过快速响应阀控制液压缸活塞的进给量,从而达到抑振的目的。