CN109974832A - 一种高速摇振系统振幅的算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速摇振系统振幅的算法，包括以下步骤：第一步：在高速摇振系统内设置位移传感器；第二步：所述第一步位移传感器测定一个振动周期内至少4个取样点位移；所述相邻两取样点对应的时间差相同；第三步：根据第二步所得取样点，摇振位移取样设置的最大硬件扫描周期计算公式为：Tscanmax=Tshake/4第四步：在一个振动周期内测定数据读取受不确定因素影响大，采用队列法测定多个摇振周期的数值，在这多个周期的数据中选出最大值和最小值，计算出振幅；第五步：根据第四步所得的最大位移Smax和最小位移Smin，通过Smax‑Smin计算得出振幅。可以设置合理的振幅编码器取样点的采样周期；在确保CPU正常使用负荷，不影响其他软件使用的同时，测定数据更精准。

Description

一种高速摇振系统振幅的算法

技术领域

本发明涉及高速摇振系统领域，具体为一种高速摇振系统振幅的算法。

背景技术

目前，在车速250m/min以下的造纸机上，网案摇振几乎是必须配备的装置，在这样的低车速下，网案摇振对成形匀度的影响是显著的。随着自动化技术发展，在造纸行业，低速纸机已经逐渐被取缔和淘汰，取而代之的中高速纸机同样有改善纸页匀度的需求。而对于中高速纸机，早期的网案摇振系统对于改变纸张特性已经无能为力了。

对于中高速纸机，高速摇振装置能具有更高的频率和更宽的振幅，并且只对胸辊进行摇振，对高速纸机的网案设计和脱水元件的排列不产生任何影响，能有效改善纸张的物理特性。

对于摇振装置的振幅检测，一般都是安装一个振幅编码器，实时读取摇振装置的振动位移。最大位移减去最小位移，就是振幅。

但是，在振幅的计算过程中，往往会遇到以下两点问题：1、应该如何设置合理的振幅编码器取样点的采样周期。设置过大，无法采样到振动位移的最大值和最小值，导致振幅计算不准确。设置过小，会增加CPU的负荷，影响其他程序的正常运行，严重的情况下会导致CPU停机。2、由于程序运行、信号传输等问题，无法保证取样点的最大值和最小值分别取值在振动位移的波峰和波谷，所以，该用什么方法去处理取样点，使取样点更加接近波峰和波谷，使振幅的计算值更加精确。这两个难点决定了摇振系统的运行稳定性。目前，市场上还没有一套行之有效的标准算法来解决这两个问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高速摇振系统振幅的算法，包括以下步骤：

第一步：在高速摇振系统内设置位移传感器；

第二步：所述第一步位移传感器测定一个振动周期内至少4个取样点位移；所述相邻两取样点对应的时间差相同；摇振位移的取样点，即为硬件的扫描时间；

第三步：根据第二步所得取样点，摇振位移取样设置的最大硬件扫描周期计算公式为：

Tscanmax＝Tshake/4＝(60/shakemax*1000)/4；

所述Tshake为一个摇振周期时间；

所述shakemax为摇振系统的最大摇振频率；

所述Tscanmax为最大硬件扫描时间；

第四步：在一个振动周期内测定数据读取受不确定因素以及误差影响大，因此采用队列法测定多个摇振周期的数值，并且在这多个周期的数据中选出最大值和最小值，计算出振幅；

N＝C*Tshake/Tscan

＝C*(60/shakemax*1000)/[(60/shakemax*1000*4n]

＝C*4n

其中Tscan为硬件扫描周期；

C是一个常数，为整数个摇振周期；

n为大于等于1的整数；

N为取样点数；

根据队列法运算，从中选出最大位移Smax和最小位移Smin；

第五步：根据第四步所得的最大位移Smax和最小位移Smin，通过公式PV_STROKE＝Smax-Smin计算得出振幅。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述第四步不确定因素包括传感器读取数据所需要时间、程序扫描所需要时间和阻力。

所述摇振位移为PLC通过模拟量通道直接从传感器读取，或者为PLC通过PROFIBUS网络从传感器读取。

所述第二步取样点以时间为轴相对应成倍增加，取样点越接近波峰值和波谷值。

有益效果：

1、可以设置合理的振幅编码器取样点的采样周期。

2、在确保CPU正常使用负荷，不影响其他软件使用的同时，测定数据更精准。

3、更加快捷方便准确地测定振幅。

4、由于在摇振系统的控制中，频率在一定的车速范围内都是保持不变的，所以，摇振系统的控制关键就在于振幅的调节。振幅实际值的计算精确程度直接决定了摇振系统的换相电机是否能准确的进行换相工作。所以，振幅的精确计算，对于摇振系统的稳定运行有着重要的意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是摇振最少取样点理想位移示意图。

图2是摇振最少取样点实际位移示意图。

图3是摇振合理取样点理想位移示意图。

图4是摇振合理取样点实际位移示意图。

图5是队列法计算示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1-5所示，本实施例的高速摇振系统振幅的算法，包括以下步骤：

第一步：在高速摇振系统内设置位移传感器；

第二步：第一步位移传感器测定一个振动周期内至少4个取样点位移；相邻两取样点对应的时间差相同；摇振位移的取样点，即为硬件的扫描时间；

第三步：根据第二步所得取样点，摇振位移取样设置的最大硬件扫描周期计算公式为：

Tscanmax＝Tshake/4＝(60/shakemax*1000)/4；

Tshake为一个摇振周期时间；

shakemax为摇振系统的最大摇振频率；

Tscanmax为最大硬件扫描时间；

第四步：在一个振动周期内测定数据读取受不确定因素以及误差影响大，因此采用队列法测定多个摇振周期的数值，并且在这多个周期的数据中选出最大值和最小值，计算出振幅；

N＝C*Tshake/Tscan

＝C*(60/shakemax*1000)/[(60/shakemax*1000*4n]

＝C*4n

其中Tscan为硬件扫描周期；

C是一个常数，为整数个摇振周期；

n为大于等于1的整数；

N为取样点数；

根据队列法运算，从中选出最大位移Smax和最小位移Smin；

第五步：根据第四步所得的最大位移Smax和最小位移Smin，通过公式PV_STROKE＝Smax-Smin计算得出振幅。

第四步不确定因素包括传感器读取数据所需要时间、程序扫描所需要时间和阻力。

摇振位移为PLC通过模拟量通道直接从传感器读取，或者为PLC通过PROFIBUS网络从传感器读取。

第二步取样点以时间为轴相对应成倍增加，取样点越接近波峰值和波谷值。

实施例一、

在高速摇振系统上，一般是由位移传感器去检测左右摆动的位移，再由最大位移减去最小位移，得出振幅。在一个振动周期内，如果要取样到最大值和最小值，那么最少要取样4个点，如图1所示，t1-t4分别为4个振动位移取样点，S2和S4分别为一个摇振周期内位移的最大值和最小值，则实际振幅PV_STROKE＝Smax-Smin＝S2-S4。

图1是摇振最少取样点理想位移图，但是由于传感器读取数据需要时间，程序扫描需要时间，以及阻力、生产等一些其他不确定因素，所以，根本没法保证在一个摇振周期内，程序读取到的位移最大值，就是波峰值S2，同理，也无法保证程序读取到的位移最小值，就是波谷值S4。

实际上，真正读取到的数据应该是如图2所示。

从图2可以看出，如果一个振动周期内只取样4次，得到的位移最大值和最小值，有可能是远离波峰值和波谷值的。

所以，为了使计算更加精确，在波峰两边各增加一个取样点，波谷两边各增加一个取样点，那么一个振动周期内就是取样8次，其理想位移图如图3所示。

再结合实际情况的取样点位移图，如图4所示。

从图4可以看出，一个振动周期内至少取样8次，才可以保证取样到的位移最大值和最小值，是比较接近波峰值和波谷值的。

在实际检测过程中，摇振位移是由PLC通过模拟量通道直接从传感器读取，或者是PLC通过PROFIBUS等网络从传感器读取。所以，不管通过何种方式，振动位移的取样点,就是硬件的扫描时间。

所以，对于高速摇振系统，振动位移取样可以设置的最大硬件扫描周期计算公式为：

Tscanmax＝Tshake/8＝(60/shakemax*1000)/8，单位：ms。

式中，Tshake指的是一个摇振周期时间，单位是ms。

shakemax为摇振系统的最大摇振频率，单位是shk/min。

Tscanmax为最大硬件扫描时间，单位是ms。

进一步考虑，如果想要取样点的最大值和最小值，更加接近波峰值和波谷值，可以在波峰两边各增加两个取样点，波谷两边各增加两个取样点，即一共取样12个点，以此类推，可以得到最终的硬件扫描周期计算公式：

Tscan＝(60/shakemax*1000)/(8+4n)

式中，Tscan为硬件扫描周期，单位是ms。

n为从0开始的整数。

n越大，则取样点越接近波峰和波谷，但是同时也要兼顾CPU的负荷能力。

实际振幅的进一步精确计算

因为传感器读取数据需要时间，程序扫描需要时间，以及阻力、生产等其他不确定因素，所以每个周期读取的数据都是不同的。甚至，每个周期的波峰和波谷值，都不一定是一样的。

那么，为了尽可能使读取的最大值接近波峰，最小值接近波谷，需要怎么做呢？

可以利用队列法，如图5。需要多取几个摇振周期的数值，并且在这几个周期的数据中选出最大值和最小值，计算出振幅。

根据图5可以看出，

Smax＝max(Sn,Sn+1…Sn+39)

Smin＝min(Sn,Sn+1…Sn+39)

然后在下个取样时间，将取样点Sn删除，读取新的取样点Sn+40。则会得出一个新的摇振位移最大值和最小值，分别为

Smax＝max(Sn+1,Sn+2…Sn+40)

Smin＝min(Sn+1,Sn+2…Sn+40)

以此类推，根据先进先出的原则，加入每个新的取样点，都可以计算出一个新的Smax和Smin。再根据公式PV_STROKE＝Smax-Smin计算出振幅。

根据多次试验，取4-5个振动周期的取样点作为计算对象。进行队列法运算的取样点个数的计算公式：

N＝C*Tshake/Tscan＝C*(60/shakemax*1000)/[(60/shakemax*1000)/(8+4n)]＝C*(8+4n)

式中，shakemax为摇振系统的最大摇振频率，单位是shk/min。

Tshake为一个振动周期，单位是ms。

Tscan为硬件扫描周期，单位是ms。

C是一个常数，表示取多少个摇振周期。该值取值太小无法达到精确计算的效果，取值太大会增加数据的滞后性。一般C＝4或者C＝5。

n为从0开始的整数。

根据这个公式，就可以计算出，选取N个取样点，进行队列法运算，从中选出最大位移Smax和最小位移Smin。

由于在摇振系统的控制中，频率在一定的车速范围内都是保持不变的，所以，摇振系统的控制关键就在于振幅的调节。振幅实际值的计算精确程度直接决定了摇振系统的换相电机是否能准确的进行换相工作。所以，振幅的精确计算，对于摇振系统的稳定运行有着重要的意义。

本发明中各实施例的技术方案可进行组合，实施例中的技术特征亦可进行组合形成新的技术方案。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种高速摇振系统振幅的算法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：在高速摇振系统内设置位移传感器；

第二步：所述第一步位移传感器测定一个振动周期内至少4个取样点位移；所述相邻两取样点对应的时间差相同；摇振位移的取样点,即为硬件的扫描时间；

第三步：根据第二步所得取样点，摇振位移取样设置的最大硬件扫描周期计算公式为：

Tscanmax＝Tshake/4＝(60/shakemax*1000)/4；

所述Tshake为一个摇振周期时间；

所述shakemax为摇振系统的最大摇振频率；

所述Tscanmax为最大硬件扫描时间；

第四步：在一个振动周期内测定数据读取受不确定因素以及误差影响大，因此采用队列法测定多个摇振周期的数值，并且在这多个周期的数据中选出最大值和最小值，计算出振幅；

N＝C*Tshake/Tscan

＝C*(60/shakemax*1000)/[(60/shakemax*1000*4n]

＝C*4n

其中Tscan为硬件扫描周期；

C是一个常数，为整数个摇振周期；

n为大于等于1的整数；

N为取样点数；

根据队列法运算，从中选出最大位移Smax和最小位移Smin；

第五步：根据第四步所得的最大位移Smax和最小位移Smin，通过公式PV_STROKE＝Smax-Smin计算得出振幅。

2.根据权利要求1所述的高速摇振系统振幅的算法，其特征在于：所述第四步不确定因素包括传感器读取数据所需要时间、程序扫描所需要时间和阻力。

3.根据权利要求1所述的高速摇振系统振幅的算法，其特征在于：所述摇振位移为PLC通过模拟量通道直接从传感器读取，或者为PLC通过PROFIBUS网络从传感器读取。

4.根据权利要求1所述的高速摇振系统振幅的算法，其特征在于：所述第二步取样点以时间为轴相对应成倍增加，取样点越接近波峰值和波谷值。