CN113758556B - 测量固有频率的方法、固有频率检测装置及大型机械系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于大型机械系统的测量固有频率的方法，所述大型机械系统被驱动电机驱动，并且所述大型机械系统负载上的振动可以传递到所述驱动电机上，所述方法包括如下步骤：通过所述驱动电机驱动所述大型机械系统产生运动；关闭所述驱动电机并使所述驱动电机的伺服轴转速下降为0；通过检测装置检测所述驱动电机上产生的电流；通过所述检测装置所测得的电流的振荡频率计算所述大型机械系统的固有频率。此外，本发明还涉及采用这种方法的固有频率检测装置，以及采用这种固有频率检测装置的大型机械系统。
Description
技术领域
本发明涉及测量固有频率的方法，尤其涉及用于大型机械系统的测量固有频率的方法。此外，本发明还涉及采用这种方法的固有频率检测装置，以及采用这种固有频率检测装置的大型机械系统。
背景技术
在一些大型机械设备中，尤其是长度较长，刚性不足或在负载段没有固定支撑的，例如起重机的吊装物或者没有天轨机构的堆垛机等，从运转状态停止后会引发结构的振动响应，而这样的振动会经过机械结构长度尺寸的放大而在远端形成不同程度的摇晃。这样的摇晃会影响操作准确性，还会产生一系列安全隐患。为了消除这种摇晃，在大型机械设备的控制系统上需要配备很多防摇晃的算法，而所有的防摇晃算法都需要一个非常重要的参数——传动机构的固有频率。
现有技术中测量固有频率的方法有3种，敲击法、光电开关技术测量法以及加速度传感器测量法。其中敲击法在面对大型传动机构的时候普通小锤不能引起足够幅度的振荡，而采用大型物体锤击不但不易操作，而且还有损坏机械机构的可能。光电开关计时测量法需要额外安装光电传感器才能实施，并且信号采集计算环境也比较复杂。加速度传感器测量法最为简便并且测量效果也较为精准，然而振动加速度传感器的价格昂贵，使用成本很高。
因此，一种测量精确而又价格低廉的固有频率检测装置以及相应的测量固有频率的方法便是亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量固有频率的方法，用于大型机械系统，所述大型机械系统被驱动电机驱动，并且所述大型机械系统负载上的振动可以传递到所述驱动电机上，所述方法包括如下步骤：
通过所述驱动电机驱动所述大型机械系统产生运动；
关闭所述驱动电机并使所述驱动电机的伺服轴转速下降为0；
通过检测装置检测所述驱动电机上产生的电流；
通过所述检测装置所测得的电流的振荡频率计算所述大型机械系统的固有频率。
依据本发明的方法的另一方面，其中，所述检测装置检测所述电流的振荡周期，并通过公式f＝(1/T)得所述电流的振荡频率，其中f为振荡频率，T为电流的振荡周期。
依据本发明的方法的另一方面，其中，所述电流的振荡频率与所述大型机械系统的固有频率相同。
依据本发明的方法的另一方面，其中，所述检测装置测量所述电流的至少两个振荡周期的总长度，并取平均值以获得单个所述振荡周期的时长。较优选地，所述检测装置测量所述电流的十个振荡周期的总长度。
本发明的目的还在于提供一种固有频率检测装置，用于检测大型机械系统的固有频率，包括一个控制模块、一个检测模块和一个计算模块，所述控制模块用于控制所述大型机械系统的驱动电机启动和制动；所述检测模块用于检测所述驱动电机上产生的电流；所述计算模块用于根据所述检测模块的检测结果计算所述大型机械系统的固有频率。
依据本发明的固有频率检测装置的另一方面，其中所述计算模块用于根据所述检测模块所测得的电流振荡周期的平均值来计算所述大型机械系统的固有频率。
本发明的目的进一步在于提供一种大型机械系统，其包括驱动电机，还包括上述的固有频率检测装置。
附图说明
图1是根据本发明的一个具体实施例的大型机械系统结构示意图；
图2是根据本发明的一个具体实施例的检测模块所测得的驱动电机上所产生电流的波形示意图；
图3是图2所示波形示意图的局部放大图。
标号说明
1 丝杠滑台传送系统
10 伺服电机
20 丝杠滑台
30 固定底座
40 刚性传递杆
50 负载配重块
T 电流振荡周期
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的具体实施方式进行说明。
图1展示了一个以丝杠滑台传送系统1为例的大型机械系统，其具有一个可以被伺服电机10驱动的丝杠滑台21，丝杠滑台21上设置一个固定底座30，所述固定底座30受丝杠的控制而发生平移，在所述固定底座30上设有垂直于所述丝杠滑台21方向的刚性传递杆40，在刚性传递杆40的另一端设有负载配重块50。
在对上述丝杠滑台传送系统1的固有频率进行测量的时候，先控制驱动电机进行动力输出，驱动丝杠滑台21运行，从而所述固定底座30以及设置其上的刚性传递杆40和负载配重块50也产生一定速度的运动；
此时快速关停所述驱动电机并使固定底座30的移动速度降到0，刚性传递杆40和负载配重块50上因为惯性产生的机械振动会沿着机械结构传递回到驱动电机上；
检测驱动电机受到回传的机械振动影响所产生的感应电流，电流的大小直接被驱动电机所受到的机械振动的瞬时速度影响，产生周期性的变化，而电流的变化周期也对应于机械振动的振荡周期；
机械振动的幅度因为动能的减少而逐渐衰减，但是振荡周期是保持相对稳定的，因此电流的变化周期也保持稳定，而电流的振荡幅度也随机械振动幅度减小而逐渐衰减，如图2所示。根据电流的振荡周期可以获得对应的机械振动的振荡周期，再根据公式f＝(1/T)就能够获得机械振动的频率，而这一频率就是本实施例中的丝杠滑台传送系统1的固有频率。
进一步地，通过检测连续多个电流振荡周期T的总长度，可以减小测量上误差的影响以及单个样本的数据波动影响。如图3所示，本实施例中，通过测量连续10个电流振荡周期T的总时长10T再取平均值的方法获得电流的振荡周期，以用于计算丝杠滑台传送系统1的固有频率。
在本实施例中，用于检测丝杠滑台传送系统1固有频率的固有频率检测装置具有一个控制模块、一个检测模块和一个计算模块。其中，控制模块用于控制驱动电机的转动和制动，检测模块用于对于驱动电机上产生的感应电流进行测量，其所测量获得的结果输出到计算模块，计算模块根据测量模块的输出波形进行振荡周期的计算。其中为了减少单个样本的数值波动，计算模块计算连续10个电流振荡周期的时长10T然后取平均值以得到电流振荡周期T，并通过公式f＝(1/T)获取振荡频率。
本实施例中的丝杠滑台传送系统中包含上述固有频率检测装置，不需要额外再安装和设置外部传感设备。
作为较优选择的，上述实施例中的大型机械系统采用西门子SINAMICS伺服系统作为主传动，传动形式也不限于丝杠滑台传送系统1，还可以是联轴器直连、减速机连接、同步带连接或其他机械连接方式，只要可以实现负载的力矩传递到伺服电机端。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。此外，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。“包括”一词不排除其它权利要求或说明书中未列出的装置或步骤；“第一”、“第二”等词语仅用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。在本文中，“平行”、“垂直”等并非严格的数学和/或几何学意义上的限制，还包含本领域技术人员可以理解的且制造或使用等允许的误差。
Claims (9)
1.一种测量固有频率的方法，用于大型机械系统，所述大型机械系统被驱动电机驱动，并且所述大型机械系统负载上的振动可以传递到所述驱动电机上，所述方法包括如下步骤：
通过所述驱动电机驱动所述大型机械系统产生运动；
关闭所述驱动电机并使所述驱动电机的伺服轴转速下降为0；
通过检测装置检测所述驱动电机受到回传的机械振动影响所产生的感应电流；
通过所述检测装置所测得的电流振荡频率即为所述大型机械系统的固有频率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述检测装置检测电流振荡周期(T)，并通过公式f＝(1/T)得所述电流振荡频率，其中f为振荡频率，T为电流的振荡周期。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述电流的振荡频率与所述大型机械系统的固有频率相同。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述检测装置测量所述电流的至少两个振荡周期的总长度，并取平均值以获得单个所述振荡周期的时长。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述检测装置测量所述电流的十个振荡周期的总长度，并取平均值以获得单个所述振荡周期的时长。
6.固有频率检测装置，用于检测大型机械系统的固有频率，包括一个控制模块、一个检测模块和一个计算模块，其特征在于：
所述控制模块用于控制所述大型机械系统的驱动电机启动和制动；
所述检测模块用于检测驱动电机的伺服轴转速下降为0后所述驱动电机上受到回传的机械振动影响所产生的感应电流；
所述计算模块用于根据所述检测模块的检测结果计算电流振荡频率，其中所述电流振荡频率即为大型机械系统的固有频率。
7.根据权利要求6所述的固有频率检测装置，其中所述计算模块用于根据所述检测模块所测得的电流振荡周期(T)来计算所述电流振荡频率。
8.根据权利要求7所述的固有频率检测装置，其中所述计算模块用于根据所述检测模块所测得的电流振荡周期(T)的平均值来计算所述电流振荡频率。
9.大型机械系统，其包括驱动电机，其特征在于，还包括根据权利要求6、7或8所述的固有频率检测装置。
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