【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及等角域采集，具体为一种机载现场动平衡的相位延迟累积误差抑制方法。
技术介绍
1、旋转机械是机械系统的重要组成部分，在国防和国民经济众多领域中发挥着巨大作用。转子不平衡是旋转机械中的常见问题，也是诱发转子系统故障的主要原因之一，而动平衡是解决该问题的有效手段。其中测试精度高、测试过程启停车次数少、成本低的平衡方法一直是研究的热点，目前动平衡的常用方法包括：影响系数法、三圆平衡法、模态平衡法等，正逐渐从离线平衡到在线平衡发展。而这些方法的首要步骤都是对不平衡量进行测量，获取转频准确的幅值与相位。
2、不平衡量的测量需要采用信号采集与信号处理的方法，通过对振动信号进行高速采集后，进行频谱分析而得到转频的幅值与相位信息。但因为转速不是完全的稳定不变，等时间采集方式得到的基频信息受频谱泄露、信号干扰等问题影响较大，因此目前主要采用等角度采集方式，而且为了频谱分辨率达到需求，还需进行连续多个周期的采集。
3、等角度采集又称阶比采样、阶比跟踪，其实现的常用手段包括：采用键相装置的硬件式阶比跟踪、计算阶比跟踪等，其中硬件式中采用转速计的阶比跟踪方式，因其安装限制小，是目前常用的手段之一。其基本组成如图1所示。采集系统主要包括振动信号处理通道与转速信号处理通道两部分，转速信号处理通道中，在获取转速键相位信号后，经过倍频处理，得到振动信号处理通道的采集触发电平，达到对振动信号的等角度采集目的。其中的倍频电路一般可以采用锁相倍频电路或者fpga倍频等方式完成。锁相倍频电路的精度非常依赖压控震荡器滤波电路的设计，存
4、在采用等角度采集方式得到振动信号后，对连续n个周期的数据进行角度域的平均，即对多个周期在相同转角采集的点进行平均，再对平均后的信号进行频谱分析就能够得到不平衡量的幅值与相位。其中平均操作可以实现对高频噪声滤波，计算得到更稳定、精确的转频幅值和相位。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题：
2、基于
技术介绍
中所描述的等角度采集方法，申请人针对动平衡方法研究搭建了实验室测试环境，以fpga倍频电路实现转速键相位信号的倍频，用以触发采集振动信号，实现了对振动信号的等角度采集与处理。基本组成如图2所示，采集信号的幅值与信号源幅值设置一致，采集信号为整周期正弦信号，如图3所示，从理论上分析，该方法能有效提高频谱分析的精度。
3、但在试验测试及验证时发现，该等角度采集方式会随机出现明显的相位累计误差，且误差累积速度在不同的转速状态下有明显差异。采集得到的时域图如图4所示，可见初始相位从开始接近180度的相位位置不断变化到了270度相位位置。每帧数据采集点数为2048个点(16个周期)，横坐标为点数，相邻两帧数据的初始相位在不断变化，但中间并未丢帧。而通过观察采样点位置，可以看到采样角度不断在发生微小变化，如图5所示。
4、上述现象表明，理论上fpga倍频电路能够准确有效的触发等角度采集，但在实际测试中会出现相位累计误差，究其原因，我们分析发现是：倍频电路是根据转速键相位信号上一个周期的瞬时频率计算得到下一周期的触发频率，但上一个周期的瞬时频率本身是通过测周法估算得到的，而估算出的频率为数字量，一定存在截断误差，这个截断误差在采样初期不明显，但随着时间的推移，误差会不断累积，当为了降低高频噪声等干扰而采用多周期角度域平均时，就会明显引入累积误差，从而影响测试精度。
5、本专利技术的技术方案为：
6、申请人针对上述通过分析研究后发现的相位误差累积新问题，提出了一种机载现场动平衡的相位延迟累积误差抑制方法，采用0相位锁定与修正的方式，对振动信号稳态采集时的相位累积偏移进行抑制。
7、具体包括以下步骤：
8、步骤1：针对基于转速计的等角度采集系统，记录从上一个转速周期转速信号的下降沿t-1时刻开始，到当前转速周期转速信号下降沿t0时刻，对振动信号的采样点数n；
9、步骤2：在当前转速周期转速信号下降沿t0时刻，获取振动采集触发信号的电平状态p；
10、步骤3：根据步骤1得到的振动信号的采样点数n以及步骤2得到的电平状态p，对当前采样的状态进行预估与误差截断抑制：
11、设每个转速周期振动信号的理论采样点数为n，在每个转速周期的最后一个采样点进行如下判断：
12、(1)若电平状态p为0电平状态，且步骤1得到的振动信号的采样点数n＝n，则采用新估计的采样频率进行当前周期的采集，所述新估计的采样频率为每隔(t0–t-1)/n时长，采集一个点；
13、(2)若电平状态p为0电平状态，且步骤1得到的振动信号的采样点数n＝n+1，则将当前周期的已采样点数置1，并在维持(t0–t-1)/n时间长度的0电平后，以每隔(t0–t-1)/n时长，采集一点的频率产生振动采集触发信号，进行当前周期的采集；
14、(3)若电平状态p为-1电平状态，且步骤1得到的振动信号的采样点数n＝n+1，则将当前周期的已采样点数置1，顺延u*(t0–t-1)/n时长的-1电平后，恢复(1-u)*(t0–t-1)/n时长的0电平状态，并以新估计的采样频率进行当前周期的采集，这里新估计的采样频率为每隔(t0–t-1)/n时长，采集一个点；
15、对于出现除上述3种情况以外的其他情况，则将上一周期的采样数据剔除。
16、进一步的，所述转速信号为方波信号。
17、进一步的，所述基于转速计的等角度采集系统中，以fpga倍频电路实现转速键相位信号的倍频。
18、进一步的，所述方法应用在动平衡分析过程中，对振动信号稳态采集时的相位累积偏移进行抑制。
19、此外，本专利技术基于上述方法，还提出一种计算机可读存储介质、系统以及基于转速计的等角度采集系统。
20、其中，一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现上述方法。
21、一种计算机系统，包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或者多个程序，其中，当所述一个或者多个程序被所述一个或者多个处理器执行时，使得所述一个或者多个处理器实现上述方法。
22、一种基于转速计的等角度采集系统，以fpga倍频电路实现转速键相位信号的倍频，其特征在于：fpga内核算法中包含被执行时能够实现上述方法的指令。
23、有益效果
24、本专利技术针对申请人发现的：由于通过测周法估算的瞬时频率存在截断误差，且随着时间的推移，误差会不断累积，导致采用多周期角度域平均时，累积误差影响测试精度的问题；提出了一种机载现场动平衡的相位延迟累积误差抑制方法，采用0相位锁定与修正的方式，对动平衡分析过程中，振动信号稳态采集时的相位累积偏移进行抑制。利用该方法后，等角度采集的初始相位角不再发生累积偏移，这使得后续的角域平均等操作合理有效，能有效提高信号分析精本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种机载现场动平衡的相位延迟累积误差抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种机载现场动平衡的相位延迟累积误差抑制方法，其特征在于：所述转速信号为方波信号。
3.根据权利要求1所述一种机载现场动平衡的相位延迟累积误差抑制方法，其特征在于：所述基于转速计的等角度采集系统中，以FPGA倍频电路实现转速键相位信号的倍频。
4.根据权利要求1所述一种机载现场动平衡的相位延迟累积误差抑制方法，其特征在于：所述方法应用在动平衡分析过程中，对振动信号稳态采集时的相位累积偏移进行抑制。
5.一种计算机可读存储介质，其特征在于：存储有计算机可执行指令，所述指令在被执行时用于实现权利要求1～4任一所述的方法。
6.一种计算机系统，其特征在于：包括：一个或多个处理器，计算机可读存储介质，用于存储一个或者多个程序，其中，当所述一个或者多个程序被所述一个或者多个处理器执行时，使得所述一个或者多个处理器实现权利要求1～4任一所述的方法。
7.一种基于转速计的等角度采集系统，以FPGA倍频电路实现转速键相位信号的
...【技术特征摘要】
1.一种机载现场动平衡的相位延迟累积误差抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种机载现场动平衡的相位延迟累积误差抑制方法，其特征在于：所述转速信号为方波信号。
3.根据权利要求1所述一种机载现场动平衡的相位延迟累积误差抑制方法，其特征在于：所述基于转速计的等角度采集系统中，以fpga倍频电路实现转速键相位信号的倍频。
4.根据权利要求1所述一种机载现场动平衡的相位延迟累积误差抑制方法，其特征在于：所述方法应用在动平衡分析过程中，对振动信号稳态采集时的相位累积偏移进行抑制。
【专利技术属性】
技术研发人员：王俨剀，王康，陈登营，吕亚男，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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