CN1034612C - 挠性转子系统振动抑制的神经网络控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种挠性转子系统振动抑制的神经网络控制装置，在挠性转子系统上安装两只分别用于检测在X和Y方向振动位移的涡流传感器、并连接到信号放大器、数字式神经网络高速调节器、电流放大器和电磁阻尼器构成垂直于轴向的X和Y方向的控制回路，通过电磁阻尼器产生电磁力作用于转轴上，在转子转动一周内施加若干次控制作用，来抑制转子在X和Y方向的振动位移，以便有效地消除转子振动的影响。
Description
本发明涉及一种采用电的缓冲装置。
在背景技术领域中，用于抑制高速/超高速转子系统振动的常用方法是挤压油膜法，但这种方法对于零件及其密封性要求很高，而且设计计算复杂，工作量很大。近年来产生出用电磁阻尼器来抑制转子系统的振动，但直到现在尚无一种有效可靠的控制装置来控制电磁阻尼器，从而达到抑制转子振动的目的。目前所使用的诸如模型参考自适应控制方法，学习控制方法都是基于软件实现的，另外基于假定外扰动激励力频谱范围的开环设计式控制方法等，均不具有良好的实时控制效果，实验结果均不能令人满意。在背景技术领域中，已于1986年12月2日公开的美国专利(US-4626754)提出在磁悬浮旋转机器上用固定于支架上的振动检测器、外接频谱分析仪和窄带高增益反馈回路等来构成减振系统，用频谱分析仪找出主要频率分布作为参考频谱，用伺服控制线路来抑制这些主要频率的振动，再利用窄带高增益反馈回路来补偿不属于参考频谱的瞬时信号。这种设计仍然没有摆脱基于频谱分析的减振思想，因此它必须要求系统振动的主要频率分布对所辨识的参考频谱是时不变的和非同步的，然而外扰激励力的频谱分布一般来说是全频带的，而且其能量在频谱上的分布亦是变化的，因此这种方法很难获得良好的实时控制效果。至今还没有一种有效的手段，能在转子转动一周内施加若干次控制，来抑制转子振动造成的位移偏差。
本发明的目的在于：它提供一种用于转子振动抑制的神经网络控制装置，采用具有并行信号处理功能的数字式神经网络高速调节器，构成挠性转子振动抑制的实时控制系统，从根本上解决背景技术领域中存在的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的，它包括：在挠性转子系统上，安装一路用于检测转轴在X方向振动位移的振动检测器(设轴线的方向为Z方向)，一路用于检测转轴在Y方向振动位移的振动检测器，振动检测器采用涡流传感器，X方向的信号放大器Ax的输入端连检测转轴在X方向振动位移的涡流传感器b，其输出端信号V1x连X方向的数字式神经网络高速调节器Cx中的压频转换器VFC1；Y方向的信号放大器Ay的输入端连检测转轴在Y方向振动位移的涡流传感器a，其输出端信号V1y连Y方向的数字式神经网络高速调节器Cy中的压频转换器VFC1；X方向的数字式神经网络高速调节器Cx中的数模转换器DAC输出控制作用信号V3x，经X方向的电压/电流转换和电流放大器Ix放大，接在电磁阻尼器的X方向绕组Fx上；Y方向的数字式神经网络高速调节器Cy中的数模转换器DAC输出控制作用信号V3y，经Y方向的电压/电流转换和电流放大器Iy放大，接在电磁阻尼器的Y方向绕组Fy上；在X方向、Y方向的数字式神经网络高速调节器Cx、Cy的另一个压频转换器VFC2上，分别所加的代表设定值信号V2x、V2y其值均为零。就X方向(或Y方向)而言，涡流传感器的检测信号经信号放大器放大为信号V1x(或V1y)，V1x(或V1y)送入数字式神经网络高速调节器的压频转换器VFC1，由数字式神经网络高速调节器的数模转换器DAC输出控制作用信号V3x(或V3y)，经电压/电流转换和电流放大器进行功率放大后，加在电磁阻尼器X方向(或Y方向)的绕组上，通过电磁阻尼器产生电磁力作用于转子的转轴上，籍此来抑制转子振动产生的位移偏差。
本发明与背景技术相比具有的有益的效果是：由于在挠性转子系统的X和Y两个方向，分别采用涡流传感器、信号放大器、数字式神经网络高速调节器、电流放大器和电磁阻尼构成垂直于轴向的X和Y方向的实时控制回路，在转子转动一周内施加若干次控制作用，来抑制转子在X和Y方向的振动位移， 以便有效地消除转子振动的影响。
下面结合附图，通过对实施例的描述给出本发明的细节。
图1、本发明的结构框图；
图2、挠性转子系统的结构示意图；
图3、信号放大器的线路图；
图4、电流放大器的线路图；
图5、数字式神经网络高速调节器上增加的滞后补偿线路框图。
如图1所示，本发明是由数字式神经网络高速调节器Cx、Cy，电流放大器Ix、Iy，电磁阻尼器的绕组Fx、Fy，涡流传感器a、b，信号放大器Ax、Ay和挠性转子系统R构成X方向、Y方向两个单回路控制系统。
挠性转子系统R的结构如图2所示，将转轴1的两端分别装有轴承3并安装在轴承座2上，在转轴1检测部位的X方向和Y方向的阻尼器支架7上，装有由阻尼器定子线圈5和阻尼器定子6组成的电磁阻尼器，在转轴1的X方向和Y方向上分别装有涡流传感器b、a，在转轴1的轴承座2外装有测速齿轮4。
由于转子系统转轴的振动是在X和Y两个方向同时存在的，它在任一时刻的振动位移都是在X和Y两个方向位移的矢量合成。反之，其任一时刻的振动位移都可分解为X方向位移和Y方向位移。现以X方向的控制回路为例：由涡流传感器b测得转轴在X方向的振动位移信号后，如图3所示，经由LM741C构成的信号放大器Ax的放大后，可获得X方向的位移信号V1x后，该信号送往数字式神经网络高速调节器Cx的压频转换器VFC1，而数字式神经网络高速调节器的另一输入端，即设定值输入端此处则应设定V2x＝0，经调节器Cx控制律运算后，送入数模转换器DAC输出为控制作用电压信号V3x。电压信号V3x送入如图4所示的电压/电流转换和电流放大器Ix进行功率放大，首先V3x经由双重运放RC4558和三极管2SC945构成的电压/电流转换器转换为电流信号，然后经由2SC2333、2SC2336A和4只2SD555构成的达林顿式逐级放大电路进行功率放大，经过功率放大的电流加在电磁阻尼器的X方向绕组线圈上，在X方向上对转轴产生电磁力，来减小转轴在X方向的振动位移；以同样方式来减小转轴在Y方向的振动位移。
一般挠性转子系统的转速在10000～100000转/分，转动一圈的时间为0.6～6毫秒，而数字式神经网络高速调节器的运算周期为微秒级，这样，在转子转动过程中，每当它转动一定角度，其转轴的位移偏差被检测，经上述控制回路，施加电磁力来消除位移偏差，从而使转子转轴振动产生的位移偏差始终被控制在一个很小的范围内，达到抑制转子振动的目的。
以上的数字式神经网络高速调节器Cx、Cy，可采用正如申请人已申请发明专利的“数字式神经网络高速比例积分微分调节器”，申请日为1994年9月10日，申请号为：94108684.4；或“数字式神经网络高速不完全微分比例积分微分调节器”，申请日为1994年9月10日，申请号为：94108685.2。
考虑到数字式神经网络高速调节器输出控制电压信号，经放大等过程转换为电磁力作用，会产生一定的时滞效应，故需对所采用的数字式神经网络高速调节器进行滞后补偿，如图5所示，X、Y方向的数字式神经网络高速调节器Cx、Cy的滞后补偿装x为：一号数据锁定器SSa连在X、Y方向的数字式神经网络高速调节器Cx、Cy中的第一数据锁定器SS1之后；减法器JF连在一号数据锁定器SSa和X、Y方向的数字式神经网络高速调节器Cx、Cy中的第一数据锁定器SS1之后；乘法器CF连在二号数据锁定器SSb和减法器JF之后；加法器A连在乘法器CF和X、Y方向的数字式神经网络高速调节器Cx、Cy中的第一减法器JF1之后；X、Y方向的数字式神经网络高速调节器Cx、Cy中的第三数据锁定器SS3连在加法器A之后。二号数据锁定器SSb中存贮的是系数Kb，即利用位移偏差的微分进行补偿，取本周期和上周期位移偏差对应的脉冲个数之差，该差乘以一个系数Kb后加到数字式神经网络高速调节器的位移偏差检测值与设定值所对应的脉冲个数之差上。
本发明采用的压频转换器为AD650，模数转换器为DAC-08H，数据锁定器为SN74LS75，加法器为SN74LS283，乘法器为16×16位乘法器，减法器由加法器和原码选择器SN74H87组成。
Claims (2)
1.一种挠性转子系统振动抑制的神经网络控制装置，它包括在挠性转子系统上，安装一路用于检测转轴在X方向振动位移的涡流传感器[b]，一路用于检测转轴在Y方向振动位移的涡流传感器[a]，其特征在于该装置还包括：
a.X方向的信号放大器[Ax]，其输入端连检测转轴在X方向振动位移的涡流传感器[b]，其输出端信号[V1x]连X方向的数字式神经网络高速调节器[Cx]中的压频转换器[VFC1]；
b.Y方向的信号放大器[Ay]，其输入端连检测转轴在Y方向振动位移的涡流传感器[a]，其输出端信号[V1y]连Y方向的数字式神经网络高速调节器[Cy]中的压频转换器[VFC1]；
c.X方向的数字式神经网络高速调节器[Cx]，其中的数模转换器[DAC]输出控制作用信号[V3x]，经X方向的电压/电流转换和电流放大器[Ix]放大，接在电磁阻尼器的X方向绕组[Fx]上；
d.Y方向的数字式神经网络高速调节器[Cy]，其中的数模转换器[DAC]输出控制作用信号[V3y]，经Y方向的电压/电流转换和电流放大器[Iy]放大，接在电磁阻尼器的Y方向绕组[Fy]上；
e.在X方向、Y方向的数字式神经网络高速调节器[Cx]、[Cy]的另一个压频转换器[VFC2]上，分别所加的代表设定值信号[V2x]、[V2y]其值均为零。
2.根据权利要求1所述的挠性转子系统振动抑制的神经网络控制装置，其特征在于所描述的X、Y方向的数字式神经网络高速调节器[Cx]、[Cy]中都有滞后补偿装置，该滞后补偿装置包括：
a.一号数据锁定器[SSa]它连在X、Y方向的数字式神经网络高速调节器[Cx]、[Cy]中的第一数据锁定器[SS1]之后；
b.减法器[JF]，它连在一号数据锁定器[SSa]和X、Y方向的数字式神经网络高速调节器[Cx]、[Cy]中的第一数据锁定器[SS1]之后；
c.乘法器[CF]，它连在二号数据锁定器[SSb]和减法器[JF]之后；
d.加法器[A]，它连在乘法器[CF]和X、Y方向的数字式神经网络高速调节器[Cx]、[Cy]中的第一减法器[JF1]之后，其输出送到X、Y方向的数字式神经网络高速调节器[Cx]、[Cy]中的第三数据锁定器[SS3]。
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|---|---|---|---|
| CN94118459A CN1034612C (zh) | 1994-12-09 | 1994-12-09 | 挠性转子系统振动抑制的神经网络控制装置 |
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|---|---|
| CN1107589A CN1107589A (zh) | 1995-08-30 |
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| CN (1) | CN1034612C (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4128795A (en) * | 1975-12-24 | 1978-12-05 | Societe Europeene De Propulsion | Device for damping the critical frequencies of a rotor suspended by a radial electromagnetic bearing |
| US4159445A (en) * | 1976-10-13 | 1979-06-26 | Lee Yu Kuang | Multiple purpose feedback control system |
| US4626754A (en) * | 1984-03-26 | 1986-12-02 | Societe Europeenne De Propulsion | Method and device for reducing the vibrations of rotating machines equipped with an active magnetic suspension |
-
1994
- 1994-12-09 CN CN94118459A patent/CN1034612C/zh not_active Expired - Fee Related
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