基于扭矩信息的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置
摘 要: 以S3C44B0X為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的嵌入式處理器,通過利用一種非線性能量算法,對(duì)電機(jī)扭矩信號(hào)進(jìn)行分析;從而及時(shí)檢測(cè)出系統(tǒng)中發(fā)生的故障。首先設(shè)計(jì)了電流信號(hào)采集電路,給出了故障檢測(cè)算法,以及濾波器參數(shù)的確定方法。最后通過以X-Y運(yùn)動(dòng)平臺(tái)為對(duì)象,構(gòu)建了實(shí)際故障監(jiān)控系統(tǒng),通過具體實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該系統(tǒng)的實(shí)用性和有效性。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/195227.htm1 引言
運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防等領(lǐng)域中所起的作用以及應(yīng)用的范圍越來越大,運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)正在不斷的深入到各個(gè)領(lǐng)域并迅速發(fā)展,其應(yīng)用范圍已經(jīng)涵蓋了幾乎所有的工業(yè)領(lǐng)域。例如在生產(chǎn)過程中對(duì)機(jī)器人手的位置控制;造紙廠中紙張滾卷的恒張力控制;導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)控制導(dǎo)彈準(zhǔn)確擊中目標(biāo)等。
為了保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中可能發(fā)生的各種故障,應(yīng)在系統(tǒng)中加入故障檢測(cè)子系統(tǒng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的大部分機(jī)械故障和電氣故障都會(huì)引起電機(jī)電流的異常變化,非線性能量算法能夠從電流信號(hào)中提取出系統(tǒng)故障信息,從而及時(shí)檢測(cè)出系統(tǒng)中可能產(chǎn)生的各種故障。
本文首先以三星公司的S3C44B0X微處理器為核心芯片,設(shè)計(jì)電流信號(hào)采集電路,然后介紹了非線性能量故障診斷算法。最后以X-Y運(yùn)動(dòng)平臺(tái)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,驗(yàn)證該算法的有效性。
2 信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)
S3C44B0X具有8通道的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),它是一個(gè)逐次逼近型的ADC,內(nèi)部結(jié)構(gòu)中包括模擬輸入多路復(fù)用器,自動(dòng)調(diào)零比較器,時(shí)鐘產(chǎn)生器,10位逐次逼近寄存器和輸出寄存器。該ADC還提供可編程選擇的睡眠模式,以節(jié)省功耗。使用S3C44B0X的ADC時(shí)應(yīng)當(dāng)注意,在ADC退出休眠模式后,為使ADC參考電壓穩(wěn)定,在第一次A/D轉(zhuǎn)換之前需等待10ms。通道切換時(shí),應(yīng)該保證至少15μs的時(shí)間間隔。
S3C44B0X的ADC輸入電壓范圍為:0~2.5V,而被測(cè)電機(jī)電流信號(hào)的變化范圍是:-5V~+5V。因此首先應(yīng)將雙極性的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)化到0~2.5V范圍內(nèi)。如果采樣頻率高于100Hz,還應(yīng)在信號(hào)輸入通道加上采樣保持器。
圖 1: 模擬信號(hào)調(diào)理電路
圖1中利用μA741通用型運(yùn)算放大器構(gòu)成升壓電路,選用LF398作為采樣保持器??芍獔D中各節(jié)點(diǎn)電位的關(guān)系可用(1)式表達(dá),從而將-5V~+5V變化范圍的被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)化到0~2.5V。
3 故障檢測(cè)算法
為了及時(shí)檢測(cè)出系統(tǒng)中產(chǎn)生的故障,需要對(duì)電機(jī)電流信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理,從中提取出故障信息。文獻(xiàn)[3,4]給出了一種非線性能量算法NEO (Nonlinear Energy Operation),可以用來檢測(cè)出信號(hào)的異常變化。對(duì)于給定的信號(hào)序列x(n),非線性能量算法定義如下:
文獻(xiàn)[5]在NEO中引入時(shí)域窗口的概念,在此基礎(chǔ)上提出了光滑非線性能量算法SNEO(SmoothedNonlinear Energy Operation)。該算法可用下式描述:
評(píng)論