CN115541115B - 电磁式自动平衡系统、自动平衡控制方法和装置 - Google Patents

电磁式自动平衡系统、自动平衡控制方法和装置 Download PDF

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CN115541115B CN202211532856.4A CN202211532856A CN115541115B CN 115541115 B CN115541115 B CN 115541115B CN 202211532856 A CN202211532856 A CN 202211532856A CN 115541115 B CN115541115 B CN 115541115B
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    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P.I., P.I.D.

Abstract

本发明实施例公开了一种电磁式自动平衡系统、自动平衡控制方法和装置，所述方法包括：获取当前时刻待调节设备的初始参数和影响系数，所述初始参数包括配重盘初始位置和初始振动值；基于所述影响系数和所述配重盘初始位置，利用移动路径最短和振动幅值单调下降双判据，确定配重盘的动作方向；优化所述配重盘的单次动作步数，得到优化结果；根据所述配重盘的动作方向和所述优化结果生成控制指令，所述控制指令用于驱动所述配重盘基于所述优化结果沿所述动作方向移动。解决了现有技术中机械设备不平衡振动的调节效率低和调节效果差的技术问题。

Description

电磁式自动平衡系统、自动平衡控制方法和装置
技术领域
本发明涉及高端机械装备技术领域，具体涉及一种电磁式自动平衡系统、自动平衡控制方法和装置。
背景技术
旋转机械在运行过程中，转子不平衡是其最常见的故障之一。为解决该类故障，常常需要不断地停机对设备进行动平衡。传统的动平衡方法为利用动平衡机进行动平衡或进行现场整机动平衡，但两种方法均需花费大量的时间和人力、财力，使用不便。
在线自动平衡技术是一种无需设备停车即可在线消除设备不平衡故障的技术，采用在线自动平衡控制技术，即通过在线检测转子的振动值，一旦其超过设定的振动值，就主动使自动平衡装置动作从而减小由转子不平衡引起的振动值，直到满足平衡精度要求，最终实现不停机情况下的转子在线自动平衡。
然而，机加工中广泛使用的自动平衡系统为电机式自动平衡系统，该系统通常采用寻优法控制自动平衡执行器内两配重块移动，在试探过程中不可避免会造成平衡相位的错调和振动值的超调，如果试探量过小，在干扰信号的作用下可能做出错误的结论；若试探量过大又会导致振动加剧，这在设备振动较大时是危险的，且试探过程耗时较长，增加了平衡时间。
因此，提供一种电磁式自动平衡系统、自动平衡控制方法和装置，以提高不平衡振动的调节效率和调节效果，从而保证机床加工精度和效率，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种电磁式自动平衡系统、自动平衡控制方法和装置，以至少部分解决现有技术中机械设备不平衡振动的调节效率低和调节效果差的技术问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种电磁式自动平衡系统，包括：
传感器，所述传感器包括采集振动加速度信号的加速度传感器和采集霍尔脉冲信号的霍尔传感器；
测控器，所述测控器包括数采模块、控制模块和驱动模块；其中，所述数采模块用于采集转子振动加速度信号和执行器内配重盘霍尔信号；所述控制模块用于处理数采模块的振动加速度信号和霍尔信号，以得到振动信号、转速信号和配重盘位置信号，并根据靶向抑制方法计算输出控制指令；所述驱动模块用于接收控制模块的控制指令，输出正反脉冲驱动电压实现配重盘动作；
供电模块，所述供电模块用于为所述驱动模块提供直流电压；
执行器，所述执行器用于改变内部两配重盘位置。
本发明还提供一种自动平衡控制方法，基于如上所述的电磁式自动平衡系统，所述方法包括：
获取当前时刻待调节设备的初始参数和影响系数，所述初始参数包括配重盘初始位置和初始振动值；
基于所述影响系数和所述配重盘初始位置，利用移动路径最短和振动幅值单调下降双判据，确定配重盘的动作方向；
优化所述配重盘的单次动作步数，得到优化结果；
根据所述配重盘的动作方向和所述优化结果生成控制指令，所述控制指令用于驱动所述配重盘基于所述优化结果沿所述动作方向移动。
在一些实施例中，所述配重盘基于所述优化结果沿所述动作方向移动，之后还包括：
获取下一时刻配重盘位置和振动值；
根据当前时刻和下一时刻配重盘位置和振动值，生成合成补偿矢量、目标振动值和当前时刻影响系数。
在一些实施例中，根据当前时刻和下一时刻配重盘位置和振动值，生成合成补偿矢量，具体包括：
获取k时刻设备振动为
Figure GDA0004058331070000031
根据两配重盘当前所在位置和配重盘平衡能力U，配重盘A和配重盘B的产生的补偿矢量分别为
Figure GDA0004058331070000032
和
Figure GDA0004058331070000033
执行器产生的合成补偿矢量为
Figure GDA0004058331070000034
Figure GDA0004058331070000035
在一些实施例中，根据当前时刻和下一时刻配重盘位置和振动值，生成当前时刻影响系数，具体包括：
获取k+1时刻下，配重盘动作到达的位置和振动值
Figure GDA0004058331070000041
配重盘A和配重盘B的产生的补偿矢量分别为
Figure GDA0004058331070000042
和
Figure GDA0004058331070000043
执行器产生的合成补偿矢量为
Figure GDA0004058331070000044
通过自修正系数β计算影响系数
Figure GDA0004058331070000045
Figure GDA0004058331070000046
在一些实施例中，基于所述影响系数和所述配重盘初始位置，利用移动路径最短和振动幅值单调下降双判据，确定配重盘的动作方向，具体包括：
根据所述影响系数和振动参数，计算系统不平衡量的大小和相位：
Figure GDA0004058331070000047
采用余弦定理将不平衡量分解到两个目标平衡位置θ3和θ4：
Figure GDA0004058331070000048
Figure GDA0004058331070000049
利用最短路径法将配重盘A和B的当前位置θ1和θ2分别与目标平衡位置θ3和θ4对应：
Figure GDA00040583310700000410
Figure GDA00040583310700000411
X min＝min{D(θ1，θ2)，D(θ2，θ1)}
Figure GDA0004058331070000051
本发明还提供一种自动平衡控制装置，基于如上所述的电磁式自动平衡系统，所述装置包括：
系数生成模块，用于获取当前时刻待调节设备的初始参数和影响系数，所述初始参数包括配重盘初始位置和初始振动值；
方向生成模块，用于基于所述影响系数和所述配重盘初始位置，利用移动路径最短和振动幅值单调下降双判据，确定配重盘的动作方向；
步数优化模块，用于优化所述配重盘的单次动作步数，得到优化结果；
指令输出模块，用于根据所述配重盘的动作方向和所述优化结果生成控制指令，所述控制指令用于驱动所述配重盘基于所述优化结果沿所述动作方向移动。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述方法的步骤。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。
本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。
在一种或几种实施例中，本发明所提供的电磁式自动平衡系统、自动平衡控制方法和装置具有以下技术效果：
本发明所提供的电磁式自动平衡系统，通过设置传感器和测控器，利用传感器包括采集振动加速度信号和霍尔脉冲信号；测控器包括数采模块、控制模块和驱动模块，所述数采模块用于采集转子振动加速度信号和执行器内配重盘霍尔信号；所述控制模块用于处理数采模块的振动加速度信号和霍尔信号，以得到振动信号、转速信号和配重盘位置信号，并根据靶向抑制方法计算输出控制指令；所述驱动模块用于接收控制模块的控制指令，输出正反脉冲驱动电压实现配重盘动作。
相比现有的自动平衡系统，该电磁式自动平衡系统具有平衡能力大、平衡能力可调范围广、平衡过程无错调、平衡速度快和平衡精度高技术效果。对比轴向励磁电磁式平衡执行器，本发明所提供的径向励磁电磁式平衡执行器将配重盘励磁方式从轴向改为径向，解决与励磁环偏摆和碰磨问题，显著提高了驱动效率，从而能够驱动更大质量的配重块，进而提高了电磁式平衡执行器平衡能力，径向励磁平衡执行器的平衡能力是轴向励磁平衡执行器数倍之多，解决了因平衡能力不足而无法继续抑制振动的缺点，并且可通过改变配重盘上配重块的材质来改变执行器的平衡能力，使同一款外形的执行器具备平衡能力可调范围广的优点。该结构动静环实现一体化安装，现场安装时无需调整动、静环间隙，大大降低了现场安装难度，提高了工作效率，既可轴端安装又可轴内安装，拓展了该类平衡装置的适用领域。
进一步地，本发明所述的自动平衡控制方法，通过获取当前时刻待调节设备的初始参数和影响系数，所述初始参数包括配重盘初始位置和初始振动值；基于所述影响系数和所述配重盘初始位置，移动路径最短和振动幅值单调下降双判据，确定配重盘的动作方向；优化所述配重盘的单次动作步数，得到优化结果；根据所述配重盘的动作方向和所述优化结果生成控制指令，所述控制指令用于驱动所述配重盘基于所述优化结果沿所述动作方向移动。
这样，该自动平衡控制方法采用靶向抑制方法控制执行器内配重盘动作，该方法相比传统影响系数法，可通过改变执行器内部配重盘位置来模拟加试重过程，根据执行器配重盘改变前后的振动实时在线计算影响系数，免去了停机加试重过程，大幅降低了影响系数的获取难度，并在自动平衡过程中实时修正影响系数，避免因影响系数不准确导致自动平衡失败。该方法相比传统寻优法，最大的优点是实现了振动的单调抑制，控制指令具有明确的方向性和量值，恰似瞄靶射击，有效解决了因配重盘错调/过调带来的振动增大和平衡时间长的问题，平衡速度更快，引入智能PID算法对配重盘单次动作步数进行优化，使自动平衡初期配重盘动作步数较多，快速将振动值降至较低值，当振动值较低或接近设定值时配重盘动作步数较少，实现振动值微调提高平衡精度。解决了现有技术中机械设备不平衡振动的调节效率低和调节效果差的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明所提供的电磁式自动平衡系统的结构框图；
图2为本发明所提供的自动平衡控制方法的流程示意图之一；
图3为本发明所提供的自动平衡控制方法的流程示意图之二；
图4为本发明所提供的自动平衡控制方法的流程示意图之三；
图5为本发明所提供的自动平衡控制方法的流程示意图之四；
图6为本发明所提供的自动平衡控制方法的效果图；
图7为本发明所提供的自动平衡控制装置的结构框图；
图8为本发明所提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了解决现有技术中高端机械设备不平衡振动的调节效率低和调节效果差的问题，本发明提供了一种电磁式自动平衡系统、自动平衡控制方法和装置，该发明采用不平衡振动靶向抑制方法，有效避免了传统寻优方法抑振过程中的错调/过调问题，实现转子振动的单调抑制，对于提高机床工件加工效率、改善被磨工件加工精度具有重要意义。
在第一方面，为了实现被测设备振动值的快准精稳抑制，本发明基于径向励磁电磁式自动平衡执行器平衡原理，提出了一种电磁式自动平衡系统。
在一种具体实施方式中，如图1所示，本发明所提供的电磁式自动平衡系统，包括传感器、测控器、供电模块和执行器；其中，所述传感器包括采集振动加速度信号的加速度传感器和采集霍尔脉冲信号的霍尔传感器；所述测控器包括数采模块、控制模块和驱动模块；其中，所述数采模块用于采集转子振动加速度信号和执行器内配重盘霍尔信号；所述控制模块用于处理数采模块的振动加速度信号和霍尔信号，以得到振动信号、转速信号和配重盘位置信号，并根据靶向抑制方法计算输出控制指令；所述驱动模块用于接收控制模块的控制指令，输出正反脉冲驱动电压实现配重盘动作；所述供电模块用于为所述驱动模块提供直流电压；所述执行器用于改变内部两配重盘位置，通过改变内部两配重盘位置合成补偿矢量，以抵消转子系统初始不平衡，实现振动抑制过程。
从原理上来讲，该用于高端装备的电磁式自动平衡系统中，控制模块通过跟踪滤波法和二次积分将振动加速度信号转变为振动幅值和相位，通过脉冲测量将霍尔信号转变为转速信号和配重盘位置信号，通过自修正影响系数法在线获取并实时修正影响系数，实现被测设备初始不平衡量的准确溯源定位，引入单神经元和模糊等智能PID算法对平衡执行器两配重盘的单次动作步数以及运动路径规律进行自学习，优化生成的控制指令；驱动模块是以中大功率IGBT驱动芯片作为核心元件设计的电桥控制电流方向的驱动电路，以控制模块输出的控制指令作为电路启动、断开和换向的驱动信号，实现自动平衡过程中驱动电路的输出端连续输出正反向的电流脉冲，使平衡执行器内配重盘连续无错动作。
在第二方面，除了上述电磁式自动平衡系统，本发明还提供一种自动平衡控制方法，基于如上所述的电磁式自动平衡系统，如图2所示，所述方法包括以下步骤：
S201：获取当前时刻待调节设备的初始参数和影响系数，所述初始参数包括配重盘初始位置和初始振动值；
S202：基于所述影响系数和所述配重盘初始位置，利用移动路径最短和振动幅值单调下降双判据，确定配重盘的动作方向；
S203：优化所述配重盘的单次动作步数，得到优化结果；
S204：根据所述配重盘的动作方向和所述优化结果生成控制指令，所述控制指令用于驱动所述配重盘基于所述优化结果沿所述动作方向移动。
本发明所提供的自动平衡控制方法从原理上来讲是一种靶向抑制方法，在上述电磁式自动平衡系统中使用该靶向抑制方法，首先通过自修正影响系数法快速获取被测设备的影响系数，然后利用该影响系数准确定位不平衡量的大小和位置，并将不平衡量分解为两个配重盘的目标平衡位置，接着引入单神经元PID和模糊PID算法对执行器配重盘单次动作步数进行优化，使执行器在振动较大时快速抑振，并提高在振动较小时的平衡精度。靶向抑制方法中的自修正影响系数法在执行器首次安装后需试动作几步获取影响系数，在运行工况不变的情况下，该项工作仅需在初次使用时执行一次，并且每次平衡动作均可对原来的影响系数进行自修正。当运行工况改变后，只需进行试动作操作即可获取新工况下的影响系数。
需要指出的是，本发明所提供的靶向抑制方法是实现高端装备电磁式自动平衡系统快准精稳抑制不平衡振动的关键。靶向抑制方法由自修正影响系数法和智能PID算法组成，通过自修正影响系数法可快速获取设备影响系数，并可在平衡过程中对其实时在线修正，降低了影响系数的获取难度。通过影响系数将振动幅值和相位转化为不平衡量的大小和相位，根据余弦定理和单个配重盘平衡能力得到配重盘目标平衡位置。将两配重盘当前位置与目标平衡位置分别对应，引入智能PID算法对配重盘的动作方向和步数进行优化，使得配重盘在振动较大时动作步数较多快速抑制振动，在振动较小时动作步数较少提高振动控制精度。
为了进一步提高影响系数的准确性，使得影响系数可根据当前时刻的工况及时调整，在一些实施例中，如图3所示，所述配重盘基于所述优化结果沿所述动作方向移动，之后还包括以下步骤：
S301：获取下一时刻配重盘位置和振动值；
S302：根据当前时刻和下一时刻配重盘位置和振动值，生成合成补偿矢量、目标振动值和当前时刻影响系数；
S303：根据所述目标振动值和所述当前时刻影响系数更新所述初始振动值和所述影响系数。
其中，如图4所示，根据当前时刻和下一时刻配重盘位置和振动值，生成合成补偿矢量，具体包括：
获取k时刻设备振动为
Figure GDA0004058331070000121
根据两配重盘当前所在位置和配重盘平衡能力U，配重盘A和配重盘B的产生的补偿矢量分别为
Figure GDA0004058331070000122
和
Figure GDA0004058331070000123
执行器产生的合成补偿矢量为
Figure GDA0004058331070000124
Figure GDA0004058331070000125
获取k+1时刻下，配重盘动作到达的位置和振动值
Figure GDA0004058331070000126
配重盘A和配重盘B的产生的补偿矢量分别为
Figure GDA0004058331070000127
和
Figure GDA0004058331070000128
执行器产生的合成补偿矢量为
Figure GDA0004058331070000129
通过自修正系数β计算影响系数
Figure GDA00040583310700001210
Figure GDA00040583310700001211
得到影响系数后，根据所述影响系数和振动参数，计算系统不平衡量的大小和相位：
Figure GDA00040583310700001212
采用余弦定理将不平衡量分解到两个目标平衡位置θ3和θ4：
Figure GDA00040583310700001213
Figure GDA00040583310700001214
利用最短路径法将配重盘A和B的当前位置θ1和θ2分别与目标平衡位置θ3和θ4对应：
Figure GDA0004058331070000131
Figure GDA0004058331070000132
X min＝min{D(θ1,θ2)，D(θ2,θ1)}
Figure GDA0004058331070000133
通过配重盘当前位置和目标平衡位置以及配重盘最小步进角度可计算出每个配重盘的动作方向和步数，引入单神经元PID和模糊PID算法对动作步数分别进行优化，实现振动值较高时动作步数较大，振动值较低时动作步数较小，最终输出控制指令给驱动模块。
下面以一个具体使用场景为例，简述本发明所提供的自动平衡控制方法的实施过程。
如图5所示，自动平衡控制方法的实现过程包括以下步骤：
S1：将电磁式平衡执行器连接到主轴上，传感器安装到合适位置，其余部件连接并通电，运行被测设备并打开“自动平衡程序”；
S2：设置执行器旋转方向以及振动门限值；
S3：点击“自动平衡程序”中的“影响系数测定”，执行器内配重盘将同步同向旋转若干步，每次动作都会计算影响系数，根据多次结果选择适当的影响系数作为初始影响系数；
S4：当被测设备振动值超过振动门限值时，点击“自动平衡”按钮，测控器将采用靶向抑制方法输出适当的控制指令给驱动模块，驱动模块产生对应的正反脉冲电压实现配重盘动作，此时电磁式自动平衡系统正在进行自动平衡操作；
S5：在自动平衡过程中，每次配重盘动作都将产生修正后的影响系数。如果执行器多次动作后振动值没有明显降低，可将修正后的影响系数替换初始影响系数；
S6：暂停自动平衡操作，输入修正后的影响系数重新进行自动平衡操作，如果执行器多次动作后振动值依然没有明显降低，则重复替换修正后的影响系数。如果替换后的影响系数可有效实现自动平衡操作，则后续不替换该影响系数；
S7：实时监测被测设备振动情况，当被测设备振动再次超标时，只需点击“自动平衡”按钮即可进行自动平衡操作将振动值降低到振动门限值。
为说明本发明所提供的自动平衡控制方法的有效性，如图6所示，进行了两次自动平衡操作，均在20s左右将振动抑制到1μm以下，实现了快准精稳的亚微米级振动单调抑制，提高了不平衡振动的调节效率和调节效果。
在第三方面，除了上述方法，本发明还提供一种自动平衡控制装置，基于如上所述的电磁式自动平衡系统，如图7所示，所述装置包括：
系数生成模块701，用于获取当前时刻待调节设备的初始参数和影响系数，所述初始参数包括配重盘初始位置和初始振动值；
方向生成模块702，用于基于所述影响系数和所述配重盘初始位置，利用移动路径最短和振动幅值单调下降双判据，确定配重盘的动作方向；
步数优化模块703，用于优化所述配重盘的单次动作步数，得到优化结果；
指令输出模块704，用于根据所述配重盘的动作方向和所述优化结果生成控制指令，所述控制指令用于驱动所述配重盘基于所述优化结果沿所述动作方向移动。
在一些实施例中，所述配重盘基于所述优化结果沿所述动作方向移动，之后还包括：
获取下一时刻配重盘位置和振动值；
根据当前时刻和下一时刻配重盘位置和振动值，生成合成补偿矢量、目标振动值和当前时刻影响系数。
在一些实施例中，根据当前时刻和下一时刻配重盘位置和振动值，生成合成补偿矢量，具体包括：
获取k时刻设备振动为
Figure GDA0004058331070000151
根据两配重盘当前所在位置和配重盘平衡能力U，配重盘A和配重盘B的产生的补偿矢量分别为
Figure GDA0004058331070000152
和
Figure GDA0004058331070000153
执行器产生的合成补偿矢量为
Figure GDA0004058331070000154
Figure GDA0004058331070000155
在一些实施例中，根据当前时刻和下一时刻配重盘位置和振动值，生成当前时刻影响系数，具体包括：
获取k+1时刻下，配重盘动作到达的位置和振动值
Figure GDA0004058331070000156
配重盘A和配重盘B的产生的补偿矢量分别为
Figure GDA0004058331070000157
和
Figure GDA0004058331070000158
执行器产生的合成补偿矢量为
Figure GDA0004058331070000159
通过自修正系数β计算影响系数
Figure GDA00040583310700001510
Figure GDA00040583310700001511
在一些实施例中，基于所述影响系数和所述配重盘初始位置，利用移动路径最短和振动幅值单调下降双判据，确定配重盘的动作方向，具体包括：
根据所述影响系数和振动参数，计算系统不平衡量的大小和相位：
Figure GDA0004058331070000161
采用余弦定理将不平衡量分解到两个目标平衡位置θ3和θ4：
Figure GDA0004058331070000162
Figure GDA0004058331070000163
利用最短路径法将配重盘A和B的当前位置θ1和θ2分别与目标平衡位置θ3和θ4对应：
Figure GDA0004058331070000164
Figure GDA0004058331070000165
X min＝min{D(θ1，θ2)，D(θ2，θ1)}
Figure GDA0004058331070000166
通过配重盘当前位置和目标平衡位置以及配重盘最小步进角度可计算出每个配重盘的动作方向和步数，引入单神经元PID和模糊PID算法对动作步数分别进行优化，实现振动值较高时动作步数较大，振动值较低时动作步数较小，最终输出控制指令给驱动模块。
在上述一种或几种实施例中，本发明所提供的电磁式自动平衡系统、自动平衡控制方法和装置具有以下技术效果：
本发明所提供的电磁式自动平衡系统，通过设置传感器和测控器，利用传感器包括采集振动加速度信号和霍尔脉冲信号；测控器包括数采模块、控制模块和驱动模块，所述数采模块用于采集转子振动加速度信号和执行器内配重盘霍尔信号；所述控制模块用于处理数采模块的振动加速度信号和霍尔信号，以得到振动信号、转速信号和配重盘位置信号，并根据靶向抑制方法计算输出控制指令；所述驱动模块用于接收控制模块的控制指令，输出正反脉冲驱动电压实现配重盘动作。
相比现有的自动平衡系统，该电磁式自动平衡系统具有平衡能力大、平衡能力可调范围广、平衡过程无错调、平衡速度快和平衡精度高技术效果。对比轴向励磁电磁式平衡执行器，本发明所提供的径向励磁电磁式平衡执行器将配重盘励磁方式从轴向改为径向，解决与励磁环偏摆和碰磨问题，显著提高了驱动效率，从而能够驱动更大质量的配重块，进而提高了电磁式平衡执行器平衡能力，径向励磁平衡执行器的平衡能力是轴向励磁平衡执行器数倍之多，解决了因平衡能力不足而无法继续抑制振动的缺点，并且可通过改变配重盘上配重块的材质来改变执行器的平衡能力，使同一款外形的执行器具备平衡能力可调范围广的优点。该结构动静环实现一体化安装，现场安装时无需调整动、静环间隙，大大降低了现场安装难度，提高了工作效率，既可轴端安装又可轴内安装，拓展了该类平衡装置的适用领域。
进一步地，本发明所述的自动平衡控制方法，通过获取当前时刻待调节设备的初始参数和影响系数，所述初始参数包括配重盘初始位置和初始振动值；基于所述影响系数和所述配重盘初始位置，利用移动路径最短和振动幅值单调下降双判据，确定配重盘的动作方向；优化所述配重盘的单次动作步数，得到优化结果；根据所述配重盘的动作方向和所述优化结果生成控制指令，所述控制指令用于驱动所述配重盘基于所述优化结果沿所述动作方向移动。
这样，该自动平衡控制方法采用靶向抑制方法控制执行器内配重盘动作，该方法相比传统影响系数法，可通过改变执行器内部配重盘位置来模拟加试重过程，根据执行器配重盘改变前后的振动实时在线计算影响系数，免去了停机加试重过程，大幅降低了影响系数的获取难度，并在自动平衡过程中实时修正影响系数，避免因影响系数不准确导致自动平衡失败。该方法相比传统寻优法，最大的优点是实现了振动的单调抑制，控制指令具有明确的方向性和量值，恰似瞄靶射击，有效解决了因配重盘错调/过调带来的振动增大和平衡时间长的问题，平衡速度更快，引入智能PID算法对配重盘单次动作步数进行优化，使自动平衡初期配重盘动作步数较多，快速将振动值降至较低值，当振动值较低或接近设定值时配重盘动作步数较少，实现振动值微调提高平衡精度。解决了现有技术中机械设备不平衡振动的调节效率低和调节效果差的技术问题。
图8示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图8所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行上述方法。
此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本申请实施例提供的电子设备中的处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，其实施方式与本申请提供的方法的实施方式一致，且可以达到相同的有益效果，此处不再赘述。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法。
本申请实施例提供的计算机程序产品被执行时，实现上述方法，其具体的实施方式与前述方法的实施例中记载的实施方式一致，且可以达到相同的有益效果，此处不再赘述。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本发明所描述的功能可以用硬件与软件组合来实现。当应用软件时，可以将相应功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电磁式自动平衡系统，其特征在于，包括：
传感器，所述传感器包括采集振动加速度信号的加速度传感器和采集霍尔脉冲信号的霍尔传感器；
测控器，所述测控器包括数采模块、控制模块和驱动模块；其中，所述数采模块用于采集转子振动加速度信号和执行器内配重盘霍尔信号；所述控制模块用于处理数采模块的振动加速度信号和霍尔信号，以得到振动信号、转速信号和配重盘位置信号，并根据靶向抑制方法计算输出控制指令；所述驱动模块用于接收控制模块的控制指令，输出正反脉冲驱动电压实现配重盘动作；
供电模块，所述供电模块用于为所述驱动模块提供直流电压；
执行器，所述执行器用于改变内部两配重盘位置；
所述电磁式自动平衡系统在执行控制方法时，包括以下步骤：
获取当前时刻待调节设备的初始参数和影响系数，所述初始参数包括配重盘初始位置和初始振动值；
基于所述影响系数和所述配重盘初始位置，利用移动路径最短和振动幅值单调下降双判据，确定配重盘的动作方向；
优化所述配重盘的单次动作步数，得到优化结果；
根据所述配重盘的动作方向和所述优化结果生成控制指令，所述控制指令用于驱动所述配重盘基于所述优化结果沿所述动作方向移动；
其中，所述配重盘基于所述优化结果沿所述动作方向移动，之后还包括：获取下一时刻配重盘位置和振动值；
根据当前时刻和下一时刻配重盘位置和振动值，生成合成补偿矢量、目标振动值和当前时刻影响系数；
其中，根据当前时刻和下一时刻配重盘位置和振动值，生成合成补偿矢量，具体包括：
获取k时刻设备振动为
Figure FDA0004058331060000021
根据两配重盘当前所在位置和配重盘平衡能力U，配重盘A和配重盘B的产生的补偿矢量分别为
Figure FDA0004058331060000022
和
Figure FDA0004058331060000023
执行器产生的合成补偿矢量为
Figure FDA0004058331060000024
Figure FDA0004058331060000025
其中，根据当前时刻和下一时刻配重盘位置和振动值，生成当前时刻影响系数，具体包括：获取k+1时刻下，配重盘动作到达的位置和振动值
Figure FDA0004058331060000026
配重盘A和配重盘B的产生的补偿矢量分别为
Figure FDA0004058331060000027
和
Figure FDA0004058331060000028
执行器产生的合成补偿矢量为
Figure FDA0004058331060000029
通过自修正系数β计算影响系数
Figure FDA00040583310600000210
Figure FDA00040583310600000211
其中，基于所述影响系数和所述配重盘初始位置，利用移动路径最短和振动幅值单调下降双判据，确定配重盘的动作方向，具体包括：
根据所述影响系数和振动参数，计算系统不平衡量的大小和相位：
Figure FDA00040583310600000212
采用余弦定理将不平衡量分解到两个目标平衡位置θ3和θ4：
Figure FDA00040583310600000213
Figure FDA0004058331060000031
利用最短路径法将配重盘A和B的当前位置θ1和θ2分别与目标平衡位置θ3和θ4对应：
Figure FDA0004058331060000032
Figure FDA0004058331060000033
X min＝min{D(θ1，θ2)，D(θ2，θ1)}
Figure FDA0004058331060000034
2.一种自动平衡控制方法，基于如权利要求1所述的电磁式自动平衡系统，其特征在于，所述方法包括：
获取当前时刻待调节设备的初始参数和影响系数，所述初始参数包括配重盘初始位置和初始振动值；
基于所述影响系数和所述配重盘初始位置，利用移动路径最短和振动幅值单调下降双判据，确定配重盘的动作方向；
优化所述配重盘的单次动作步数，得到优化结果；
根据所述配重盘的动作方向和所述优化结果生成控制指令，所述控制指令用于驱动所述配重盘基于所述优化结果沿所述动作方向移动；
其中，所述配重盘基于所述优化结果沿所述动作方向移动，之后还包括：
获取下一时刻配重盘位置和振动值；
根据当前时刻和下一时刻配重盘位置和振动值，生成合成补偿矢量、目标振动值和当前时刻影响系数；
其中，根据当前时刻和下一时刻配重盘位置和振动值，生成合成补偿矢量，具体包括：
获取k时刻设备振动为
Figure FDA0004058331060000041
根据两配重盘当前所在位置和配重盘平衡能力U，配重盘A和配重盘B的产生的补偿矢量分别为
Figure FDA0004058331060000042
和
Figure FDA0004058331060000043
执行器产生的合成补偿矢量为
Figure FDA0004058331060000044
Figure FDA0004058331060000045
其中，根据当前时刻和下一时刻配重盘位置和振动值，生成当前时刻影响系数，具体包括：获取k+1时刻下，配重盘动作到达的位置和振动值
Figure FDA0004058331060000046
配重盘A和配重盘B的产生的补偿矢量分别为
Figure FDA0004058331060000047
和
Figure FDA0004058331060000048
执行器产生的合成补偿矢量为
Figure FDA0004058331060000049
通过自修正系数β计算影响系数
Figure FDA00040583310600000410
Figure FDA00040583310600000411
其中，基于所述影响系数和所述配重盘初始位置，利用移动路径最短和振动幅值单调下降双判据，确定配重盘的动作方向，具体包括：
根据所述影响系数和振动参数，计算系统不平衡量的大小和相位：
Figure FDA00040583310600000412
采用余弦定理将不平衡量分解到两个目标平衡位置θ3和θ4：
Figure FDA00040583310600000413
Figure FDA0004058331060000051
利用最短路径法将配重盘A和B的当前位置θ1和θ2分别与目标平衡位置θ3和θ4对应：
Figure FDA0004058331060000052
X min＝min{D(θ1，θ2)，D(θ2，θ1)}
Figure FDA0004058331060000053
3.一种自动平衡控制装置，基于如权利要求1所述的电磁式自动平衡系统，其特征在于，所述装置包括：
系数生成模块，用于获取当前时刻待调节设备的初始参数和影响系数，所述初始参数包括配重盘初始位置和初始振动值；
方向生成模块，用于基于所述影响系数和所述配重盘初始位置，利用移动路径最短和振动幅值单调下降双判据，确定配重盘的动作方向；
步数优化模块，用于优化所述配重盘的单次动作步数，得到优化结果；
指令输出模块，用于根据所述配重盘的动作方向和所述优化结果生成控制指令，所述控制指令用于驱动所述配重盘基于所述优化结果沿所述动作方向移动；
其中，所述配重盘基于所述优化结果沿所述动作方向移动，之后还包括：
获取下一时刻配重盘位置和振动值；
根据当前时刻和下一时刻配重盘位置和振动值，生成合成补偿矢量、目标振动值和当前时刻影响系数；
其中，根据当前时刻和下一时刻配重盘位置和振动值，生成合成补偿矢量，具体包括：
获取k时刻设备振动为
Figure FDA0004058331060000061
根据两配重盘当前所在位置和配重盘平衡能力U，配重盘A和配重盘B的产生的补偿矢量分别为
Figure FDA0004058331060000062
和
Figure FDA0004058331060000063
执行器产生的合成补偿矢量为
Figure FDA0004058331060000064
Figure FDA0004058331060000065
其中，根据当前时刻和下一时刻配重盘位置和振动值，生成当前时刻影响系数，具体包括：获取k+1时刻下，配重盘动作到达的位置和振动值
Figure FDA0004058331060000066
配重盘A和配重盘B的产生的补偿矢量分别为
Figure FDA0004058331060000067
和
Figure FDA0004058331060000068
执行器产生的合成补偿矢量为
Figure FDA0004058331060000069
通过自修正系数β计算影响系数
Figure FDA00040583310600000610
Figure FDA00040583310600000611
其中，基于所述影响系数和所述配重盘初始位置，利用移动路径最短和振动幅值单调下降双判据，确定配重盘的动作方向，具体包括：
根据所述影响系数和振动参数，计算系统不平衡量的大小和相位：
Figure FDA00040583310600000612
采用余弦定理将不平衡量分解到两个目标平衡位置θ3和θ4：
Figure FDA00040583310600000613
Figure FDA00040583310600000614
利用最短路径法将配重盘A和B的当前位置θ1和θ2分别与目标平衡位置θ3和θ4对应：
Figure FDA0004058331060000071
Figure FDA0004058331060000072
X min＝min{D(θ1，θ2)，D(θ2，θ1)]
Figure FDA0004058331060000073
4.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求2所述方法的步骤。
5.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求2所述方法的步骤。
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