IT9021024A1

IT9021024A1 - Procedimento e dispositivo per la misura di uno squilibrio statico.

Info

Publication number: IT9021024A1
Application number: IT021024A
Authority: IT
Inventors: Kurt Humber; Gunther Rossmann
Original assignee: Hofmann Gmbh & Co Kg Maschinen
Priority date: 1989-08-18
Filing date: 1990-08-03
Publication date: 1992-02-03
Also published as: DE3927314A1; JPH0385420A; IT9021024A0; IT1242498B; US5138882A; DE3927314C2

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo:

"PROCEDIMENTO E DISPOSITIVO PER LA MISURA DI UNO SQUILIBRIO STATICO"

DESCRIZIONE

L'invenzione riguarda un procedimento e un dispositivo per la misura di uno squilibrio statico di un rotore mediante la determinazione del momento di inerzia di 'massa assiale del rotore supportato articolatamente in posizionare orizzontale, ossia con asse rotorico verticale, in cui in dipendenza di uno scostamento del rotore dalla posizione orizzontale, in un circuito di regolazione viene generata come grandezza regolante una forza di richiamo riportante il rotore nella posizione orizzontale, e dalla forza di richiamo misurata viene formato il valore dello squilibrio statico.

Un procedimento di tale tipo e un dispositivo di tale tipo sono noti dalla DE-2945 819 Al nonché da Hofmann News 8 (05/85 D) e 11 (10.88). Il rotore da misurare viene disposto con il suo asse di rotazione orientato verticalmente, su un piatto di bilancia orizzontale, che è supportato inclinabilmente, preferibilmente su giunto cardanico. Se il rotore presenta uno squilibrio, ciò denota una spostamento del centro di gravità del corpo, e sull'asse di inclinazione del piatto della bilancia agisce un momento corrispondente allo squilibrio statico. Se a distanza costante dall'asse di inclinazione del piatto della bilancia si fa ,agire una forza che riporta il piatto della bilancia in posizione orizzontale, dalla forza impiegata, che è proporzionale allo squilibrio statico, è determinabile lo squilibrio statico del rotore.

Viene pertanto determinata la deviazione del piatto della bilancia, e un circuito elettronico di misura e regolazione fornisce in dipendenza del segnale di deviazione una corrente elettrica ad un dispostivo di richiamo presentante un elettromagnete, con il quale il piatto della bilancia viene riportato in posizione orizzontale. La corrente formante la grandezza regolante del circuito di regolazione è proporzionale alla forza impiegata dal dispositivo di richiamo ed è quindi proporzionale allo squilibrio statico del rotore in prova.

Il vantaggio di tale procedimento noto e di tale dispositivo noto sta nel fatto che con 1'impiego del principio di compensazione descritto non rimane alcuna deviazione del piatto della bilancia, e in tal modo il risultato della misura dello squilibrio non è sfalsato. Nella misura di rotori con pesi rotorici diversi non è possibile mantenere un tempo ciclico determinato per il processo di misura dello squilibrio, perchè il regolatore è dotato di parametri di regolazione costanti, e a seconda dell'ottimizzazione del regolatore il posizionamento del piatto della bilancia in posizione orizzontale richiede per tipi di rotore diversi, con pesi rotorici diversi, tempi di posizionamento diversi. L'ottimizzazione è stata finora eseguita in base ad un peso rotorico basso, per evitare segnali di grandezza regolante troppo elevanti, che potrebbero dar luogo a instabilità del circuito di regolazione. Nella misura di tipi di rotori con peso rotorico relativamente elevato va però messo in conto che il tempo per il posizionamento orizzontale del piatto della bilancia, e quindi il tempo del ciclo, si prolunga.

Scopo dell'invenzione è quindi creare un procedimento e un dispositivo del tipo sopra citato, in cui per tutto il campo di valori del peso del rotore si ottengano una regolazione ottimizzata e quindi tempi ciclo brevi.

Questo scopo viene raggiunto con il procedimento secondo 1 'invenzione per il fatto che la regolazione della forza di richiamo avviene non soltanto in dipendenza di uno scostamento del rotore dalla sua posizione orizzontale, ma anche in dipendenza del peso del rotore.

Nel dispositivo secondo 1'invenzione lo scopo viene raggiunto per il fatto che i.parametri di regolazione del regolatore sono tarati in dipendenza del peso del rotore.

Mediante 11invenzione, una ottimizzazione dei parametri del regolatore (coefficienti del regolatore), che nel caso di un regolatore PID sono il parametro di proporzionalità, il parametro di integrazione e il parametro di differenziazione, viene ottenuta per 1'intero campo dei valori dei pesi dei rotori che si possono presentare. In tal modo, per ciascun tipo di rotore o per ciascun peso di rotore, nel processo di equilibratura statico è possibile ottenere il tempo ciclo più breve possibile, in particolare per il posizionamento del piatto della bilancia in posizione orizzontale. Preferibilmente è impiegato secondo l'invenzione un regolatore PID digitale. Vi sono possibilità diverse di determinare i parametri del regolatore PID prima o durante il processo di regolazione e di misura. Per esempio, una taratura dei parametri o dei coefficienti del regolatore può essere eseguita come noto da "Grundkurs der Regelungstechnick" del Dr. L. Merz e del Dr. H. Jaschek, 8 edizione pagine da 186 a 191, in particolare con riferimento al comportamento del circuito di regolazione al limite di stabilità. Di regola, i rotori da misurare, che possono essere costituiti per esempio da mole a disco, ruote di autoveicoli o simili, vengono suddivisi per tipi di rotore. Ai singoli tipi di rotore competono determinati dati rotorici specifici, e fra l'altro un peso di rotore specifico. Di questo peso di rotore viene tenuto conto secondo l'invenzione per la taratura ottimale dei parametri del regolatore o dei coefficienti del regolatore PID. Qualore il peso del rotore non sia noto, esso può venire determinato in precedenza mediante pesatura.

Con riferimento alla figura l'invenzione verrà ancor meglio chiarita in un esempio di realizzazione.

La figura mostra una disposizione di misura per la misura dello squilibrio statico di un rotore. Questa disposizione di misura presenta un piatto di bilancia 1 che è supportato girevolmente intorno ad un asse 2. Preferibilmente, come noto da DE-2945 819 Al, viene impiegato un sistema di supporto cardanico del piatto 1 della bilancia, con due assi spostati di 90°. Sul piatto rotorico 1 il rotore 3 da misurare viene disposto con l'asse di rotazione verticale. Un sensore di misura 4 rileva una deviazione X del piatto della bilancia 1 che corrisponde ad un angolo di inclinazione intorno all'asse 2. In luogo di un sensore di misura 4 possono anche essere previsti due sensori di misura, che preferibilmente sono eseguiti come trasduttori di misura di spostamento lineare, come indicato per esempio in Hofmann News il. Il segnale di uscita del sensore di misura 4 viene convogliato come grandezza regolata, unitamente con un valore desiderato registrato in una memoria 11, che indica una deviazione prestabilita x (ampiezza), attraverso un convertitore digitale/analogico 8 ad un regolatore digitale PID 6. Il regolatore PID 6 forma uri segnale di grandezza regolante, che tramite un convertitore digitale/analogìco viene applicato ad un circuito di potenza 12. Il circuito di potenza 12 forma, in dipendenza del segnale della grandezza regolante, che è stato generato dal regolatore digitale PID, una corrente di azionamento, che viene convogliata ad un dispositivo di richiamo 7. Il dispositivo di richiamo 7 presenta un elettromagnete, che viene alimentato dalla corrente di azionamento del circuito dì potenza 12. Questo elettromagnete esercita sul giogo della bilancia 1 una forza mediante la quale il giogo della bilancia viene ricondotto in posizione orizzontale. Questa forza è proporzionale allo squilibrio statico del rotore 3, dal quale il piatto 1 della bilancia è stato inclinato rispetto alla sua posizione orizzontale con una deviazione x, o di un angolo intorno all'asse 2 (DE 2945 819 Al).

La corrente di azionamento fornita dal circuito di potenza 12 è proporzionale alla forza che deve essere impiegata dal dispositivo di richiamo 7. Si può quindi, per la determinazione statica dello squilibrio, misurare questa corrente, come noto per esempio nell'esempio di realizzazione della DE-2945 819 Al. Per il fatto che la corrente di azionamento è proporzionale al segnale digitale o analogico della grandezza regolante, lo squilibrio statico del rotore 3 può anche essere indicato direttamente mediante una visualizzazione del corrispondente segnale della grandezza regolante riportato in scala su un dispositivovisualizzatore 5, che può essere eseguito analogicamente o digitalmente. Per una determinazione analogica, il dispositivo visualizzatore 5 è preferibilmente collegato fra il convertitore digitale/analogìco 9 e il circuito di potenza 12, come mostrato in figura 1. Per il rilevamento digitale, il dispositivo visualizzatore è preferibilmente collegato fra il regolatore PID 6 e il convertitore digitale/analogico 9.

Secondo l'invenzione, è inoltre prevista una memoria di valori fissi 10, che è collegata con il regolatore digitale PID 6. In questa memoria di valori fissi 10, per tipi di rotore diversi l...n sono registrati i relativi parametri ottimali del regolatore (coefficiente di proporzionalità P, coefficiente di integrazione I e coefficiente di differenziazione D) in dipendenza dei diversi pesi rotorici, che sono posseduti dai tipi di rotore 1 - n, per ciascun tipo di rotore. Ciascuno dei parametri del regolatore è tarato in base al peso, su un valore ottimale che si ricava dalla seguente espressione:

ove RP rappresenta il parametro ottimale del regolatore, RPmax un parametro del regolatore ottimale per un peso massimo del rotore, Gmax un peso massimo del rotore, Gr un peso di un rotore da misurare, ed m il quoziente tra la differenza fra i pesi massimo e minimo del rotore (Gmax - Gmin) e la differenza dei due parametri ottimali del regolatore (RPmax - RPmin) per i pesi massimo e minimo del rotore, ossia

Secondo queste due relazioni, ciascuno dei tre parametri del regolatore viene calcolato in dipendenza del peso per ciascun tipo di rotore da 1 a n e viene registrato nella memoria dei valori fissi 10, nelle corrispondenti posizioni, associate ai tipi di rotore.

Nel processo di misura dello squilibrio, deve poi essere immesso dalla persona addetta unicamente il tipo di rotore corrispondente o il peso di rotore in una unità di ingresso 13 collegata con la memoria dei valori fissi 10, e i corrispondenti parametri del regolatore sono quindi a disposizione del regolatore PID 6 per il processo di regolazione e per il processo di misura.

Un altra possibilità di ottimizzazione, in dipendenza del peso, dei singoli parametri del regolatore per i diversi tipi di rotore da 1 a n è ottenibile come segue, eseguendo un aggiustaggio in base al tipo di rotore in un processo di misura nel quale viene determinato approssimativamente il peso del rotore.

Con parametri del regolatore definiti fissi, in un primo tempo il piatto della bilancia viene posizionata in posizione orizzontale senza essere caricato dal rotore (linea continua in figura 2) entro l'intervallo di tempo to. Lo scostamento di regolazione è quindi OV (figura 2). Per l'ottenimento di una brusca variazione della grandezza regolante , il valore desiderato 11 viene quindi alterato con una brusca variazione di valore desiderato, e viene misurato il tempo di tmin che è necessario perchè il piatto della bilancia -raggiunga il 50% della posizione corrispondente al nuovo valore desiderato, che per esempio corrisponde ad un salto di valore desiderato IV (figura 2). Lo stesso processo viene eseguito quando il piatto della bilancia 1 è soggetto al carico massimo con un rotore 3 di peso rotorico massimo. La linea tratteggiata in figura 2 indica l'andamento della regolazione. Il tempo misurato Tmax è necessario perchè il piatto della-bilancia caricato con il peso rotorico massimo raggiunga il 50% della nuova posizione impostata corrispondente al valore desiderato. La misura del tempo può anche avvenire per un'altra frazione percentuale della nuova posizione del valore desiderato, per esempio per il 70%.

Nella figura 2 è anche rappresentato 1'andamento della regolazione (linea a tratti e punti) per un tipo di rotore da misurare. Per esso si ottiene, con l'impiego della brusca variazione del valore desiderato un tempo tr, necessario perchè venga raggiunto il 50% della nuova posizione desiderata.

L'ottimizzazione di ciascun parametro del regolatore RP in dipendenza dei diversi pesi rotorici dei tipi di rotore da 1 a n avviene secondo le seguenti relazioni:

m

in cui-

In esse tr rappresenta il tempo necessario perchè il rotore di volta in volta da misurare venga riportato secondo il processo illustrato in figura 2 al 50% della posizione desiderata, impostata mediante la brusca variazione del valore desiderato.

Preferibilmente, è già stato registrato in precedenza il valore della pendenza per l'equazione della retta m in una memoria, per cui questo valore m, dopo l'esecuzione del processo di misura, è disponibile subito, dopo l'esecuzione del processo di misura per la determinazione del tempo tr, per la determinazione dei parametri ottimali del regolatore .

I parametri ottimali del regolatore (componenti P, l e D) determinati in questo modo per ciascun tipo di rotore vengono memorizzati nella memoria dei valori fissi 10 e richiamati in dipendenza del tipo di rotore da misurare per essere immessi nel regolatore PID 6. Come mostra la figura 1, il regolatore PID 6, la memoria 11 del valore desiderato, la memoria dei valori fissi 10 e la unità di immissione dei dati 13 possono essere riuniti in una parte o unità digitale 14.

E' anche possibile che per tipi di rotore che non sono rilevati nella memoria dei valori fissi 10, prima dell'esecuzione del processo di misura dello squilibrio venga determinato il tempo tr per il rotore da misurare e vengano calcolati in un calcolatore non meglio rappresentato, i parametri del regolatore RP secondo le relazioni (3) e (4) sopra riportate, che vengono quindi immessi per la misura dello squilibrio nel regolatore PID 6.

L'immissione del nuovo valore della posizione desiderata può per esempio avvenire mediante 1 'adduzione di un corrispondente valore digitale al convertitore digitale/analogico 9. Dal circuito di potenza 12 viene quindi fornita una corrispondente corrente, che viene alimentata nel dispositivo di richiamo 7, il quale quindi porta il piatto 1 della bilancia dalla posizione orizzontale di partenza alla nuova posizione corrispondente al valore desiderato.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la misura di uno squilibrio statico di un rotore mediante determinazione del momento di inerzia di massa assiale del rotore supportato articolatamente in posizione orizzontale, in cui in dipendenza di uno scostamento del rotore dalla posizione orizzontale, in un circuito di regolazione viene generata come grandezza regolante una forza di richiamo che riporta il rotore in posizione orizzontale, e dalla forza di richiamo misurata viene formato il valore dello squilibrio statico, caratterizzato dal fatto che la regolazione della forza di richiamo viene inoltre eseguita in dipendenza del peso del rotore .
2. Dispositivo per la misura di uno squilibrio statico di un rotore , con - un piatto di bilancia orizzontale e supportato articolatamente, per l'alloggiamento del rotore; - un dispositivo sensore di misura, che in presenza di uno scostamento del piatto della bilancia dalla posizione orizzontale fornisce un segnale di scostamento; - un regolatore collegato al dispositivo sensore di misura, al quale è addotto il segnale di scostamento come grandezza regolata; - un dispositivo di richiamo collegato al regolatore, il quale per riportare il piatto di bilancia in posizione orizzontale riceve dal regolatore un segnale di grandezza regolante; e — un dispositivo di misura per il segnale della grandezza regolante, proporzionale allo squilibrio statico, caratterizzato. dal fatto che - i parametri di regolazione del regolatore (6) sono tarati in dipendenza del peso del rotore (3). '
3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che ciascun parametro RP del regolatore è tarato in dipendenza del peso del rotore, secondo la seguente relazione:

ove RP è il parametro del regolatore, RPmax è un parametro ottimale del regolatore per un peso massimo del rotore-, Gmax è un peso massimo del rotore, Gr è il peso del rotore da misurare, ed m è il quoziente tra la differenza fra i pesi massimo e minimo del rotore e la differenza tra i due parametri "ottimali del regolatore per il peso massimo e il peso minimo del rotore.
4. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che ciascun parametro RP del regolatore è tarato secondo le seguenti relazioni, in dipendenza dal peso:

e

ove RP rappresenta il parametro del regolatore, RPmax uri parametro ottimale del regolatore per un peso massimo del rotore ed RPmin un parametro ottimale del regolatore per un peso mìnimo del rotore, e inoltre tmax è il tempo che è necessario per spostare un rotore con peso massimo sul piatto della bilancia posizionato in posizione orizzontale in una nuova posizione del valore desiderato impostata mediante variazione delia grandezza regolante, tmin è il tempo che è necessario per spostare il piatto della bilancia posizionato in posizione orizzontale, caricato con un peso minimo, nella nuova posizione del valore desiderato impostata mediante la variazione della grandezza regolante, e tr è il tempo che è necessario per spostare il piatto della bilancia, caricato con il peso del rotore da misurare, dalla posizione orizzontale alla nuova posizione del valore desiderato impostata mediante la grandezza regolante variata.
5. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che per l'impostazione, di volta in volta, della nuova posizione del valore'desiderato viene variato il valore desiderato (11).
6. Dispositivo secondo le rivendicazioni da 2 a 5, caratterizzato dal fatto che i parametri del regolatore per tipi diversi di rotore sono registrati in una memoria permanente (10) collegata al regolatore (6).
7. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 2 a 6, caratterizzato dai fatto che il regolatore (6) è eseguito come regolatore digitale. Θ. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 2 a caratterizzato dal fatto che lo squilibrio statico è riportato in scala su un visualizzatore come grandezza regolante·.