广义增量编码器瞬时角速度计算的扭振在线测量

发布时间：2021-08-06 09:12

　　扭转振动是弹性转轴在动态扭矩作用下引起的角振动。轴系的旋转运动和扭转振动具有相同的量纲,因此转角和扭角可以实现同源测量。利用旋转轴系角运动的矢量叠加原理,得出转轴各质点的线运动具有相位调制现象。提出了脉冲信号输出的广义增量编码器模型,并给出了瞬时角速度计算的扭振测量方法的一般流程。编码器的原理是通过定角度戳记转轴角运动的时间分量,相当于建立了角度和时间的离散关系,从这一角度分析并给出了该方法的扭振信号采样定理的理论适用条件和实用公式。通过仿真与实验分别对上述模型和方法的正确性和准确度进行验证,并将其封装为功能模块嵌入工程样机中,应用于国内两台1 000 MW核电半速汽轮发电机组的扭振在线监测。 

【文章来源】：仪器仪表学报. 2020,41(10)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

转轴连续扭振模型示意图

式中:Θ1和Θ2为半周期分度角;Z为编码盘角分辨率。轴系旋转过程中,传感器依次感测分度标识区的状态变化,即形成转速脉冲信号。这一过程相当于编码器利用固定角度戳记转轴瞬时角运动的时间分量,并二值量化为脉冲信号的形式。当转轴以恒定角速度转动时,编码盘转过每个分度周期用时都相等,传感器输出等周期脉冲信号。处于扭振故障状态的转轴,由式(4)的角分量叠加原理可知,旋转运动和扭转振动两个角分量的方向相同时,瞬时角速度增大,编码盘通过传感器测量区的用时减少,输出脉冲信号的周期随之减小;反之,两个角运动分量的方向相反时,瞬时角速度减小,编码盘通过传感器测量区的用时增加,输出脉冲信号的周期也随之增大。将式(4)代入式(7)的分段函数中,即可得到矩形脉冲输出型的广义增量编码器模型:

为说明扭振信号采样定理的适用条件,采用控制变量的方式进行仿真说明。取定值参数转频为18 Hz,扭振频率为12 Hz;控制编码盘角分辨率Z={1,2,4,8,10},模拟5种分度周期数下的扭振信号计算。如图3所示,C=1.5扭振信号的频率和幅值均存在失真现象,不满足扭振采样定理的适用条件;C=3扭振信号的频率与设定值相同,但信号负半轴的幅值存在失真的情况。这种现象是由于采样率随瞬时角速度在某一区间同步波动,且介于采样定理适用条件的临界值两侧,造成低瞬时角度一侧的采样过程不满足采样定理的要求,从而产生非对称失真现象。前两组信号最小采样率不满足式(9)的条件,仿真结果表明均为欠采样信号;C≥6的各组扭振信号幅值和频率均与设定值相符,并且随着相对采样率不断提高,扭振信号的计算结果越趋近理论值。因此,实际应用中增大C的取值,可以提高扭振信号的相对采样率,通常取C≥10。2.3 扭振信号提取流程

【参考文献】：
期刊论文
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[5]无线无源声表面波扭矩传感器的研究[J]. 程卫东,董永贵,李源,朱惠忠,冯冠平.  压电与声光. 2000(01)



本文编号：3325497