[发明专利]一种高频扭振发生装置及控制方法

权利要求书

1.一种高频扭振发生装置，其特征在于，包括伺服电机、轴支承、扭振减振器、光电编码器、激振器、主动轴、从动轴、激振器控制器、工控机、伺服电机控制器及试验台；伺服电机的输出轴直接与主动轴直接相连，伺服电机的输出轴带动主动轴及主动轴上安装的惯性负载一起旋转；从动轴与主动轴间通过安装扭振减振器连接，主动轴将运动通过扭振减振器传递给从动轴，从动轴的末端安装有惯性负载；安装在从动轴上的激振器对从动轴施加周期性扭矩，激起扭振；激振器两侧各有一个光电编码器采集激振器两侧轴系瞬时转速信号，并传递给工控机中的信号处理分析系统；信号处理分析系统计算得到的扭振振幅及频率作为参考信号，与目标信号相比较，获得转速反馈控制信号和激振器反馈控制信号，分别传递给伺服电机控制器和激振器控制器，使从动轴上激振器两侧产生所需要的扭振信号，伺服电机及主动轴、从动轴的轴支承固定在水平试验台上。

2.根据权利要求1所述高频扭振发生装置，其特征在于，所述激振器激振器包括旋转部件(15)、固定部件(16)、励磁线圈(13)、永磁铁(14)、底座(17)、升降杆及锁紧螺母；底座(17)上固定圆环形结构固定部件(16)，旋转部件(15)由圆环和圆环臂组成，旋转部件(15)的圆环中心与固定部件(16)圆心重合，与从动轴固定连接，并随从动轴转动；旋转部件(15)圆环臂末端与永磁铁(14)固定连接；固定部件(16)分为内圆环和外圆环两层；数个励磁线圈(13)固定安装在外圆环层结构内侧，且每个励磁线圈(13)中心线与对应的外圆环层切线均呈α夹角，45°＜α＜90°；数个励磁线圈在外圆环层结构上以固定部件(16)圆心为中心均匀分布；固定部件(16)内圆环层结构中间正对励磁线圈位置为一圈通槽，以便旋转部件(15)带动永磁铁(14)在槽中自由通过；内内圆环层结构与外圆环层结构两侧以挡板固定连接；外圆环层结构与底座(17)固定连接；底座(17)下部布有贯穿螺孔，与试验台间以升降杆连接；调整升降杆使旋转部件(15)的旋转中心与固定部件(16)的内外圆环中心重合，调整后升降杆与试验台并通过锁紧螺母固定。

3.根据权利要求2所述高频扭振发生装置的控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1)、输入扭振振幅和频率，工控机将其转换为伺服电机转速控制信号、激振器开关控制信号、激振器电流信号传递给伺服控制器和激振器控制器；

2)伺服电机控制器与激振器开关控制器配合，产生设定的扭振频率，伺服电机转速、励磁线圈接通数量与扭振频率符合方程：

式中，f为扭振频率，Hz；k为励磁线圈接通数量；Z为伺服电机输出转速，r/min；

3)励磁线圈通电后，在近距离产生稳定磁场，励磁线圈末端附近的磁场强度与励磁线圈内部接近，符合方程：

B＝μ₀nI

式中，μ₀是真空中的磁导率，n是励磁线圈匝数，I是励磁线圈通电电流；

当旋转部件的永磁体接近时对其产生作用力，远离时作用力逐渐消失，形成对从动轴的周期性变化扭矩M：

M＝mx VBR sin(α)grad(B)

式中，m为永磁铁质量，kg；x为磁化比，m³/kg；V为永磁铁体积，m³；R为旋转部件圆环中心到永磁体中心距离，m；α为励磁线圈中心线与对应的外圆环切线夹角；B为磁场强度，T；grad(B)为磁场强度梯度，dB/dl；

4)从动轴受到周期性变化扭矩激励后产生转速波动，形成扭振，扭振角位移是激励扭矩和频率的函数：

θ＝Θ(M，f)

5)光电编码器将测得瞬时转速经数据采集卡传递给信号分析处理系统，经谱分析后获得扭振振幅和频率；

6)将信号分析处理系统得到的扭振振幅与频率信息作为参考信号，通过数据拟合的方法，确定伺服电机转速、励磁线圈开关及电流的反馈控制参数，最终得到与目标信号一致的扭振振幅和频率。