专利名称：电主轴半主动振动控制试验台架、系统及电主轴控制方法
技术领域：
本发明涉及电主轴振动控制技术，尤其涉及电主轴半主动振动控制试验台架、试验系统以及电主轴振动控制方法。
背景技术：
电主轴部件是精密、超精密机床主要动力源，直接参与切削加工，对机床的加工精度、表面质量和生产效率影响巨大。随着电主轴转速的提高，电主轴运行时离心力越来越大，电主轴上(包括刀具)任何地方极小的不平衡就会产生很大的离心力。电主轴上的不平衡、刀具不平衡、外部干扰、刀具接杆制造及安装精度等因素会造成的电主轴不平衡振动，这种不平衡振动不仅直接影响机床的动态精度和加工质量，而且还会导致机床生产效率下 降、刀具磨损加剧，甚至直接导致机床故障和缩短机床的使用寿命。高速电主轴振动主要包括弯曲振动和扭转振动两种形式,如何有效抑制高速电主轴的弯曲振动和扭转振动已成为振动工程领域亟需解决的热点问题。当前，高速电主轴振动控制主要采取两种措施予以解决。第一种措施是在结构设计阶段，采用高速精密轴承技术、精密加工和装配技术、高精度动平衡技术、润滑与冷却等措施，以保证高速主轴具有良好的动态性能和热态性能；第二种措施是在运行阶段，采取一系列振动被动控制技术来抑制电主轴振动或提高高速电主轴的动刚度性能。第一种措施由于受自身技术水平的限制，仅仅通过在设计阶段采取这些措施并不能获得满意的效果，无法解决机床加工过程中出现的电主轴振动问题，这主要是因为在机床加工过程中，引起高速电主轴振动的影响因素多，加工制造及装备阶段形成的系统误差和随机误差无法予以消除。第二种措施通常采用动态特性分析技术，利用隔振器进行机床轴承基座、工作台基座和整机基座等关键部件振动抑制。尽管近几十年来，随着振动新理论和隔振材料的不断发展，各种新型隔振器相继出现，但基于隔振器的振动被动控制方式固有缺陷使其无法有效抑制或消除机床振动噪声。另外，随着加工精度要求的不断提高以及机床的电主轴振动的复杂性，特别是对于精密和超精密加工机床，振动被动控制技术已经很难满足机床隔振、减振的要求。所以，现有技术无法有效的抑制电主轴的弯曲振动和扭转振动，进而，确保电主轴的平衡振动。另外，在通过试验获取如何控制电主轴的弯曲振动和扭转振动方面，目前的技术是通过电动机连接减速装置，将减速装置连接电主轴，进而，获得电主轴的转动，但是，由于减速装置的设置，电主轴的转动无法实现高速转动。
发明内容
本发明解决的问题是现有技术无法有效抑制电主轴的弯曲振动和扭转振动的问题。为解决上述问题，本发明提供一种电主轴半主动振动控制试验台架，该台架包括支架、电主轴、转子、定子、运动发生装置、至少一个用于控制电主轴弯曲振动的弯曲振动磁流变减振器、至少一个用于控制电主轴扭转振动的扭转振动磁流变减振器、至少二个位移传感器、磁粉制动器和应变片，其中，所述电主轴通过轴承连接于所述支架；所述定子与运动发生装置连接，由运动发生装置控制而产生磁�。凰佑氲缰髦崃樱雍偷缰髦峁餐懈疃ㄗ硬拇帕ο叨较喽杂诙ㄗ幼凰鲋辽俣鑫灰拼衅髦校徊糠治挥谒椒较颍饬康缰髦嵩谒椒较虻奈灰疲涣硪徊糠治挥谑狈较颍饬康缰髦嵩谑狈较虻奈灰疲凰龃欧壑贫饔氲缰髦崃樱饔糜诘缰髦岬姆磁ち兀凰鲇Ρ淦沧坝诘缰髦嵘希饬康缰髦岬呐ぷ嵌龋凰鲋辽僖桓雠ぷ穸帕鞅浼跽衿饔胨龅缰髦崃樱凰鲋辽僖桓鐾淝穸帕鞅浼跽衿饔胨龅缰髦崃�。可选地，所述扭转振动磁流变减振器包括左端盖、右端盖、深沟轴承、摩擦片、二个O型圈、二个线圈、二个绕线套、二个外壳；其中，所述右端盖与深沟轴承连接；所述深沟轴承与所述电主轴连接；所述摩擦片连接于电主轴的端部，与电主轴同步转动；所述左端盖和右端盖扣合而构成具有两个开口的空腔，该空腔容纳所述摩擦片，该空腔与电主轴之间的间隙设置有油封；每一个O型圈、每一个线圈和每一个绕线套位于一个开口内，密封磁流变液和所述摩擦片于所述空腔内；所述外壳密封位于一个开口内的O型圈、线圈和绕线套， 并与所述左端盖和右端盖锁接在一起。本发明还公开一种电主轴半主动振动控制试验系统，该试验系统包括前述任何一项所述的试验台架、处理器和可控电流控制器�？椋龃砥骰诰槟Ｌ纸夂虷ilbert变换方法处理位移传感器测量的位移和应变片测量的扭转角度，获得电主轴扭转振动的试验频率和试验相位以及弯曲振动的试验频率和试验相位；还基于电主轴集中参数当量力学模型和电主轴系统的设计参数获得电主轴的弯曲振动的理论频率和理论相位以及扭转振动的理论频率和理论相位,并将弯曲振动的试验频率和试验相位、扭转振动的试验频率和试验信号、弯曲振动的理论频率和理论相位以及扭转振动的理论频率和理论相位输入力同步振动控制模型而获得与第一 PWM信号和第二 PWM信号；所述可控电流控制器�？榇硭龅谝� PWM信号而产生与所述频率和相位同幅度、相位差为180度的第一补偿信号，处理所述第二 PWM信号而产生第二补偿信号，所述第一补偿信号输入至弯曲振动磁流变减振器而抑制电主轴的弯曲振动；所述第二补偿信号输入至扭转振动磁流变减振器而抑制电主轴的扭转振动。可选地，所述处理器包括信号处理器和主处理器，其中，所述信号处理器是DSP处理器，基于经验模态分解和Hilbert变换方法处理位移传感器测量的位移和应变片测量的扭转角度，获得电主轴扭转振动的试验频率和试验相位以及弯曲振动的试验频率和试验相位；所述主处理器是ARM处理器，基于电主轴集中参数当量力学模型以及电主轴系统的设计参数获得电主轴的弯曲振动的理论频率和理论相位以及扭转振动的理论频率和理论相位，并将弯曲振动的试验频率和试验相位、扭转振动的试验频率和试验信号、弯曲振动的理论频率和理论相位以及扭转振动的理论频率和理论相位输入力同步振动控制模型而获得与第一 PWM信号和第二 PWM信号。本发明还公开一种电主轴半主动振动控制方法，该方法包括如下步骤获取与电主轴弯曲振动对应的位移信号和与扭转振动对应的扭转角度；对位移信号和扭转角度进行EMD分解和Hilbert变换，获得电主轴扭转振动的试验频率和试验相位以及弯曲振动的试验频率和试验相位；基于电主轴集中参数当量力学模型以及电主轴系统的设计参数获得电主轴的弯曲振动的理论频率和理论相位以及扭转振动的理论频率和理论相位,并将弯曲振动的试验频率和试验相位、扭转振动的试验频率和试验信号、弯曲振动的理论频率和理论相位以及扭转振动的理论频率和理论相位输入力同步振动控制模型而获得第一 PWM信号和第二 PWM信号；将第一 PWM信号用于控制弯曲振动磁流变减振器而控制电主轴的弯曲振动，将第二 PWM信号用于控制扭转振动磁流变减振器而控制电主轴的扭转振动。与现有技术相比，本发明具有以下优点I、本发明由于将电主轴与转子连接，并使得电主轴与转子作为整体在定子产生的磁场的作用下相对定子转动，这样，可以使得电主轴高速旋转，给通过模拟电主轴高速运行时产生振动带来方便，进而，可以通过试验研究复杂工况运行下的电主轴动力学特性和振动控制等。
2、本发明的试验系统通过处理器利用经验模态分解和Hilbert变换方法将电主轴振动信号中的弯曲振动特征和扭转振动特征予以分离而获得弯曲振动的试验频率和试验相位以及扭转振动的试验频率和试验相位，然后，通过电主轴集中参数当量力学模型和电主轴系统的设计参数获得电主轴的弯曲振动的理论频率和理论相位,并通过力同步振动控制模型而将弯曲振动的试验频率和试验相位、扭转振动的试验频率和试验相位、弯曲振动的理论频率和理论相位以及扭转振动的理论频率和理论相位进行合并，进而，分别产生用于控制弯曲振动磁流变减振器的第一 PWM信号和控制扭转振动磁流变减振器的第二 PWM信号，这样，实现高速电主轴弯曲振动和扭转振动同步控制，同时，该试验系统可以通过应变片和位移传感器实时获取电主轴的振动，通过处理器实时处理获取的振动信息而实时、有效的对电主轴的振动进行抑制，消除电主轴系统的临界转速，并确保电主轴振动的半主动控制。3、本发明的试验系统模拟电主轴负载运行时振动特性,采用传感器实时检测电主轴的弯扭耦合的位移和扭转角度，经过信号处理器处理后输入至主处理器，主处理器利用PID控制、�：刂苹蜃允视？刂扑惴ㄔ诰返牧ν秸穸刂颇Ｐ突∩显怂愫途霾咦钣趴刂屏Γ钪湛梢缘玫降谝� PWM信号和第二 PWM信号用来调节弯曲振动磁流变减振器和扭转振动磁流变减振器而改变相应磁流变减振器的输出阻尼值，让电主轴的动刚度能及时的得到更好的改善，达到减振和增加切削稳定性的目的。试验系统可根据需要，优化布置传感器测点和磁流变减振器数量及其安装位置，以实现电主轴振动的最优控制。
图I是本发明电主轴半主动振动控制试验台架的结构示意图；图2是图I中电主轴与扭转振动磁流变减振器连接的结构示意图；图3是本发明电主轴半主动振动控制试验系统的原理框图。
具体实施例方式为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。请参阅图1，本发明的电主轴半主动振动控制试验台架包括支架、电主轴I、定子2、运动发生装置、转子4、至少二个位移传感器、应变片5、至少一个用于控制电主轴I弯曲振动的弯曲振动磁流变减振器6、至少一个用于控制电主轴I扭转振动的扭转振动磁流变减振器7和磁粉制动器8。所述支架在本实施例中安装于底座3上，包括左支架9A和9B，左支架9A和右支架9B相对设置。所述电主轴I通过轴承连接于左支架9A和右支架9B而横跨于左支架9A和右支架9B之间。所述定子2与运动发生装置连接，由运动发生装置控制而产生磁场。所转子4与电主轴I通过过盈套连接，转子4和电主轴I共同切割定子2产生磁场的磁力线而同步相对于定子2转动，进而，运动发生装置可以控制电主轴I的转速。所述至少二个位移传感器在本实施例中是四个电涡流传感器(10A、10B、10C、10D)，两两一组而分别位于电主轴I的两端，电涡流传感器IOA和电涡流传感器IOC位于水平方向，分别用于检测电主轴I在水平方向(前后)的位移，这个位移是由电主轴I的弯曲振动产生的；电涡流传感器IOB和电涡流传感器IOD位于竖直方向(上下)，分别用于检测电主轴I在竖直方向上的位移，这个位移也是由电主轴I的弯曲振动产生的。所述应变片5安装于电主轴I上，测量电主轴I的扭转角度。所述至少一个扭转振动磁流变减振器6与所述电主轴I连接。所述至少一个弯曲振动磁流变减振器7与所述电主轴I连接，在本实施例中，弯曲 振动磁流变减振器6有二个，扭转振动磁流变减振器7有一个。请参阅图I并结合图2，所述扭转振动磁流变减振器7通过过盈连接与电主轴I连接，产生作用于电主轴I的反扭力矩，具体的，扭转振动磁流变减振器7包括左端盖71、右端盖72、深沟轴承73、摩擦片74、二个O型圈75、二个线圈76、二个绕线套77和二个外壳78。所述右端盖72与深沟轴承73连接。所述深沟轴承73与所述电主轴I连接。所述摩擦片74连接于电主轴I的端部，与电主轴I同步转动。所述左端盖71和右端盖72扣合而构成具有两个开口的空腔79，该空腔79容纳所述摩擦片74，该空腔79与电主轴I之间的间隙设置有油封。每一个O型圈75、每一个线圈76和每一个绕线套77位于一个开口内，密封磁流变液和所述摩擦片74于所述空腔79内。所述每一个外壳78密封位于一个开口内的O型圈75、线圈76和绕线套77。所述外壳78与所述左端盖71和右端盖72锁接在一起，具体的，左端盖71和右端盖72的相对两侧分别设置有阶梯形断面和螺栓孔。在左端盖71和右端盖72扣合时，左端盖71和右端盖72的阶梯形的断面围成所述开口。每一个外壳78上也设置有螺栓孔，螺栓穿过左端盖71的螺栓孔、外壳78的螺栓孔和右端盖72的螺栓孔而使得左端盖71和右端盖72扣合并与外壳78锁接在一起。漆包线由外壳78上的外壳引孔进入，缠绕绕线套77形成一级电磁线圈闭合回路，缠绕层数和匝数满足要求后，从外壳引孔引出。控制扭转振动磁流变减振器7的第二 PWM信号传输至线圈76，产生合适的磁场并使得密封的磁流变液粘度发生变化，由于电主轴与摩擦片过盈连接同步转动，磁流变液粘度变化导致摩擦片转动时阻力实时变化，电主轴运行时扭转振动控制反扭力矩即可产生。请继续参阅图3并结合图1，本发明的电主轴半主动振动控制试验系统包括前述的试验台架、处理器11和可控电流控制器模块12。所述处理器11接收位移传感器检测到的位移信号和应变片5检测的扭转角度，基于经验模态分解((Empirical ModeDecomposition,简称EMD分解)和Hilbert变换方法处理所述位移和扭转角度，获得电主轴扭转振动的试验频率和试验相位以及弯曲振动的试验频率和试验相位，还基于电主轴集中参数当量力学模型和电主轴系统的设计参数获得电主轴的弯曲振动的理论频率和理论相位以及扭转振动的理论频率和理论相位，并将弯曲振动的试验频率和试验相位、扭转振动的试验频率和试验信号、弯曲振动的理论频率和理论相位以及扭转振动的理论频率和理论相位输入力同步振动控制模型而获得第一 PWM信号和第二 PWM信号。所述处理器11在本实施例中包括信号处理器111和主处理器112，其中，信号处理器111是DSP处理器，基于经验模态分解和Hilbert变换方法处理所述位移和扭转角度，获得电主轴扭转振动的试验频率和试验相位以及弯曲振动的试验频率和试验相位,具体步骤如下第一步对弯曲振动的位移信号和扭转振动的角度信号(扭转角度)进行经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,简称EMD),获得一组固有模式函数C1 (t),C2⑴…Cn(t)，C1⑴，C2⑴…Cn(t)分别指包含信号不同时间特征尺度大小成分；第二步根据电主轴弯扭耦合振动数学模型计算电主轴动态特性参数，根据动态特性参数从一组固有模式函数选取扭转振动的本征�：�(Intrinsic Mode Function,简称IMF)和弯曲振动的本征�：龅缰髦嵬渑ゑ詈险穸Ｐ途咛迨莔x + cxx + kxx - O my + cyy + kyy = 0mz + CzZ + kzz = 0JdOx + οθθχ + ke0x + Jp (Ω + )θγ = 0 公式一JdQy + CfjOy + keey - Jp (Ω + )θχ - Jpa0x = 0Jρ + οτ + kTa — Jp {0x6y + QxOy ) = 0上述公式一中，x，y和z为对应的电主轴平动自由度；θ χ、Θ y 6V分别为绕0x、0y电主轴的转动自由度；α是绕Oz轴的扭转角度，它表示一种轴向自由度；m为电主轴转动部件质量；Jd、Jp分别代表赤道转动惯量和极转动惯量；cx、cy, cz分别为转子在X、y、z方向上的阻尼；Cex、Cey、CT分别代表电主轴转动部件相应的转动阻尼和扭转阻尼；kx、ky、kz分别代表电主轴在x、y、z方向上的刚度；kex、key、kT分别代表电主轴转动和扭转刚度；Ω为电主轴转速。第三步利用Hilbert变换计算选取的弯曲振动的本征模函数和扭转振动的本征�：哪芰慷竦猛淝穸氖匝橄辔缓褪匝槠德�、扭转振动的试验相位和试验频率，也可以理解为弯曲振动的某一固有模式函数的能量和扭转振动的某一固有模式函数的能量，弯曲振动的Hilbert变换的公式(公式二)和扭转振动的Hilbert变换的公式(公式三)如下H{m,t) = Ydcbl{t)e'^Sl)d' , / (>) = ￡"Ο, )公式二
/ = 1=/!(ω)=公式三
/=1可选地，为了提高测量的精度，还可以对Hilbert变换获得的结果进行短时傅里叶变换和小波分析，具体的，先通过短时傅里叶变换进行频谱分析，在频谱分析不能反映电主轴的弯曲振动信息和扭转振动信息的情况下，信号处理器111进一步对传感器传输的振动信息进行小波分析。所述主处理器112是ARM处理器，基于电主轴集中参数当量力学模型以及电主轴系统的设计参数获得电主轴I的弯曲振动的理论频率和理论相位以及扭转振动的理论频率和理论相位，并将弯曲振动的试验频率和试验相位、扭转振动的试验频率和试验相位、弯曲振动的理论频率和理论相位以及扭转振动的理论频率和理论相位输入力同步振动控制模型而获得第一 PWM信号和第二 PWM信号，具体步骤如下第一步所述信号处理器111传输的弯曲振动的试验相位和试验频率、扭转振动的试验相位和试验频率至主处理器112，主处理器112根据PID控制算法、�：刂扑惴ɑ蜃允视？刂扑惴ǚ直鸫硭鐾淝穸氖匝橄辔缓褪匝槠德识竦玫谝豢刂频缪梗硭雠ぷ穸氖匝橄辔缓褪匝槠德识竦玫诙刂频缪梗坏诙剿鲋鞔砥�112根据电主轴集中参数当量力学模型以及电主轴系统的设计参数(阻尼，形状，尺寸，钢度等)进行振动理论计算获得电主轴I弯曲振动的理论频率和理论相位以及扭转振动的理论频率和理论相位；第三步所述处理器112根据力同步振动控制模型处理弯曲振动的试验频率和试验相位、扭转振动的试验频率和试验相位、弯曲振动的理论频率和理论相位以及扭转振动的理论频率和理论相位而获得第一 PWM信号和第二 PWM信号，具体的，力同步振动控制数学模型F(Vb，VT，V。)；式中F(Vb，VpVc^Vb表示弯曲振动控制电压；VT表示扭转振动控制电压；
V。表示设计参数影响参考控制电压；FO为一向量，计算结果表达为fO= $表示输出同步
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控制力，包含弯曲振动控制力Fb和扭转振动控制力Ft。请继续参阅图3并结合图1，可控电流控制器�？�12处理所述第一 PWM信号而产生与所述弯曲振动的频率和相位同幅度、相位差为180度的第一补偿信号，处理所述第二PWM信号而产生与所述扭转振动的频率和相位同幅度、相位差为180度的第二补偿信号，所述第一补偿信号输入至弯曲振动磁流变减振器而抑制电主轴的弯曲振动；所述第二补偿信号输入至扭转振动磁流变减振器而抑制电主轴的扭转振动。综上所述，本发明通过经验模态分解和Hilbert变换处理传感器获得的位移信号和应变片获得扭转角度而将弯扭耦合振动予以分离而获得弯曲振动的试验频率和试验相位以及扭转振动的试验频率和试验相位,然后,通过电主轴集中参数当量力学模型以及电主轴系统的设计参数获得电主轴的弯曲振动的理论频率和理论相位以及扭转振动的理论频率和理论相位，并通过力同步振动控制模型而将弯曲振动的试验频率和试验相位、扭转振动的试验频率和试验相位、弯曲振动的理论频率和理论相位以及扭转振动的理论频率和理论相位进行合并，进而，分别产生用于控制弯曲振动磁流变减振器的第一 PWM信号和控制扭转振动磁流变减振器的第二 PWM信号，这样，实现高速电主轴弯曲振动和扭转振动同步控制，同时，本发明试验系统可以通过应变片和位移传感器实时获取电主轴的振动，通过处理器实时处理获取的振动信息而实时、有效的对电主轴的振动进行抑制，消除电主轴系统的临界转速，并确保电主轴振动的半主动控制。对于本发明中的术语“试验频率”和“理论频率”均是指频率，具体的试验频率代表对试验数据处理而获得的频率,理论频率是通过理论计算而获得的频率，“理论相位”和“试验相位”均是指相位，具体的试验相位代表对试验数据处理而获得的相位，理论相位是通过理论计算而获得的相位。本发明还公开一种电主轴半主动振动控制方法，该方法包括如下步骤(a)、获取电主轴与弯曲振动对应的位移信号和与扭转振动对应的扭转角度；(b)、对位移信号和扭转角度进行EMD分解和Hilbert变换，获得电主轴扭转振动的试验频率和试验相位以及弯曲振动的试验频率和试验相位；(c)、基于电主轴集中参数当量力学模型以及电主轴系统的设计参数获得电主轴的弯曲振动的理论频率和理论相位以及扭转振动的理论频率和理论相位，并将弯曲振动的试验频率和试验相位、扭转振动的试验频率和试验信号、弯曲振动的理论频率和理论相位以及扭转振动的理论频率和理论相位输入力同步振动控制模型而获得第一 PWM信号和第二 PWM信号；(d)、将第一 PWM信号用于控制弯曲振动磁流变减振器而控制电主轴的弯曲振动，将第二 PWM信号用于控制扭转振动磁流变减振器而控制电主轴的扭 转振动。
权利要求
1.一种电主轴半主动振动控制试验台架，其特征是包括支架、电主轴、转子、定子、运动发生装置、至少一个用于控制电主轴弯曲振动的弯曲振动磁流变减振器、至少一个用于控制电主轴扭转振动的扭转振动磁流变减振器、至少二个位移传感器、磁粉制动器和应变片，其中， 所述电主轴通过轴承连接于所述支架； 所述定子与运动发生装置连接，由运动发生装置控制而产生磁�。� 所述转子与电主轴连接，转子和电主轴共同切割定子产生的磁力线而同步相对于定子转动； 所述至少二个位移传感器中，一部分位于水平方向，测量电主轴在水平方向的位移；另一部分位于竖直方向，测量电主轴在竖直方向的位移； 所述磁粉制动器与电主轴连接，产生作用于电主轴的反扭力矩； 所述应变片安装于电主轴上，测量电主轴的扭转角度； 所述至少一个扭转振动磁流变减振器与所述电主轴连接； 所述至少一个弯曲振动磁流变减振器与所述电主轴连接。
2.如权利要求I所述的电主轴半主动振动控制试验台架,其特征是所述扭转振动磁流变减振器包括左端盖、右端盖、深沟轴承、摩擦片、二个O型圈、二个线圈、二个绕线套、二个外壳；其中， 所述右端盖与深沟轴承连接； 所述深沟轴承与所述电主轴连接； 所述摩擦片连接于电主轴的端部，与电主轴同步转动； 所述左端盖和右端盖扣合而构成具有两个开口的空腔，该空腔容纳所述摩擦片，该空腔与电主轴之间的间隙设置有油封； 每一个O型圈、每一个线圈和每一个绕线套位于一个开口内，密封磁流变液和所述摩擦片于所述空腔内； 所述外壳密封位于一个开口内的O型圈、线圈和绕线套，并与所述左端盖和右端盖锁接在一起。
3.一种电主轴半主动振动控制试验系统，其特征是该试验系统包括权利要求I至2中任何一项所述的试验台架、处理器和可控电流控制器�？椋渲校� 所述处理器基于经验模态分解和Hilbert变换方法处理位移传感器测量的位移和应变片测量的扭转角度，获得电主轴扭转振动的试验频率和试验相位以及弯曲振动的试验频率和试验相位；还基于电主轴集中参数当量力学模型和电主轴系统的设计参数阵获得电主轴的弯曲振动的理论频率和理论相位以及扭转振动的理论频率和理论相位，并将弯曲振动的试验频率和试验相位、扭转振动的试验频率和试验信号、弯曲振动的理论频率和理论相位以及扭转振动的理论频率和理论相位输入力同步振动控制模型而获得与第一 PWM信号和第二 PWM信号； 所述可控电流控制器�？榇硭龅谝� PWM信号而产生与所述频率和相位同幅度、相位差为180度的第一补偿信号，处理所述第二 PWM信号而产生第二补偿信号，所述第一补偿信号输入至弯曲振动磁流变减振器而抑制电主轴的弯曲振动；所述第二补偿信号输入至扭转振动磁流变减振器而抑制电主轴的扭转振动。
4.根据权利要求3所述的电主轴半主动振动控制试验系统，其特征是所述处理器包括信号处理器和主处理器，其中， 所述信号处理器是DSP处理器，基于经验模态分解和Hilbert变换方法处理位移传感器测量的位移和应变片测量的扭转角度，获得电主轴扭转振动的试验频率和试验相位以及弯曲振动的试验频率和试验相位； 所述主处理器是ARM处理器，基于电主轴集中参数当量力学模型以及电主轴系统的设计参数获得电主轴的弯曲振动的理论频率和理论相位以及扭转振动的理论频率和理论相位，并将弯曲振动的试验频率和试验相位、扭转振动的试验频率和试验信号、弯曲振动的理论频率和理论相位以及扭转振动的理论频率和理论相位输入力同步振动控制模型而获得与第一 PWM信号和第二 PWM信号。
5.电主轴半主动振动控制方法，其特征是该方法包括如下步骤 获取与电主轴弯曲振动对应的位移信号和与扭转振动对应的扭转角度； 对位移信号和扭转角度进行EMD分解和Hilbert变换，获得电主轴扭转振动的试验频率和试验相位以及弯曲振动的试验频率和试验相位； 基于电主轴集中参数当量力学模型以及电主轴系统的设计参数获得电主轴的弯曲振动的理论频率和理论相位以及扭转振动的理论频率和理论相位,并将弯曲振动的试验频率和试验相位、扭转振动的试验频率和试验信号、弯曲振动的理论频率和理论相位以及扭转振动的理论频率和理论相位输入力同步振动控制模型而获得第一 PWM信号和第二 PWM信号；将第一PWM信号用于控制弯曲振动磁流变减振器而控制电主轴的弯曲振动，将第二PWM信号用于控制扭转振动磁流变减振器而控制电主轴的扭转振动。
全文摘要
一种电主轴半主动振动控制试验台架、系统及电主轴控制方法，其中，电主轴半主动振动控制方法通过处理器利用经验模态分解和Hilbert变换方法将电主轴弯扭耦合振动信号加以分离获得试验频率和试验相位，并通过电主轴集中参数当量力学模型以及电主轴系统的设计参数获得电主轴的弯曲振动和扭转振动的理论频率及理论相位；通过力同步振动控制模型合并电主轴弯曲振动和扭转振动的试验频率、试验相位、理论频率以及理论相位进行合并，进而分别产生用于控制弯曲振动磁流变减振器的第一PWM信号和控制扭转振动磁流变减振器的第二PWM信号，这样，实现高速电主轴弯曲振动和扭转振动同步控制。
文档编号G01M13/00GK102853979SQ20121031027
公开日2013年1月2日 申请日期2012年8月25日 优先权日2012年8月25日
发明者胡红生, 钱苏翔, 王娟 申请人:嘉兴学院
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