不平衡动态负载发生器
专利汇可以提供不平衡动态负载发生器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 不平衡 负载发生器，其包括至少一对偏心转动 质量 (M)，它们相对于一个平面是对称的，并且它们的运动由一个控 制模 块 根据具有给定 频率 的预置 信号 (Fd(t))产生的至少一个 控制信号 控制。其特征在于，对于至少一个所述质量，其包括参考 角 位置 传感器 (C)，用于提供表示所述转动质量(M)通过一个参考角位置的位置信号，以及控制 电路 ，所述控制电路包括计算电路(DSP)，用于由所述 位置传感器 (C)提供的相继的位置信号计算所述质量的转动的周期性，并根据测量的周期性和预置信号的周期性之间的差值，产生所述控制信号(CS)。，下面是不平衡动态负载发生器专利的具体信息内容。
1.一种不平衡动态负载发生器，包括至少一对偏心转动质量， 它们相对于一个平面是对称的，并且它们的运动由一个控制模块根据 具有给定频率的预置信号产生的至少一个控制信号控制，其特征在 于，对于至少一个所述质量，它包括参考角位置传感器(C)，用于提 供表示所述转动质量(M)通过一个参考角位置的位置信号 (SP)，以及控制电路，所述控制电路包括计算电路(DSP)，用于由 所述位置传感器(C)提供的相继的位置信号计算所述质量的转动的 周期性，并根据测量的周期性和预置信号的周期性之间的差值产生所 述控制信号(CS)，并且它具有时间指示器，其值借助于时钟来增加， 以及存储器，用于当参考角位置传感器提供所述位置信号(SP)时和所 述预置信号(Fc(t))通过一个特征点时，存储所述时间指示器的 值；以及相位测量电路，用于测量在由位置传感器(C)提供的信号 和预置信号(Fc(t))的一个参考点之间的时间差，并且所述计算电 路(DSP)包括校正器模块，用于根据所述测量的时间差和预置的时间 差之间的差值产生所述控制信号。
2.如权利要求1所述的发生器，其特征在于，所述偏心转动质 量对的质量(M)被在机械上耦连在一起，并且所述发生器只有与所述 偏心转动质量对的两个质量(M)中的一个相关的参考角位置传感器 (C)。
3.如权利要求1所述的发生器，其特征在于，所述一对质量在 机械上是独立的，并且所述发生器具有用于所述该对质量的两个质量 (M)的每个质量的参考角位置传感器(C)。
4.如权利要求1所述的发生器，其特征在于，所述计算电路包 括用于由时间指示器的存储的值计算第一时间间隔和第二时间间隔的 元件，所述第一时间间隔分开两个相继的位置信号(SP)，所述第二时 间间隔分开预置信号(Fc(t))通过两个相继的特征点，并且所述计 算电路(DSP)包括用于计算在所述第一和第二时间间隔之间的差值的 元件。
5.如权利要求4所述的发生器，其特征在于，所述第一和第二 时间间隔之间的所述差值被相对于所述第二时间间隔标称化。
6.如权利要求1或4所述的发生器，其特征在于，所述计算电 路(DSP)包括用于由时间指示器的存储的值计算所述时间差的元件， 所述时间差在参考角位置传感器提供位置信号的时刻和预置信号通过 所述特征点的时刻之间被测量。
7.如权利要求1所述的发生器，其特征在于，所述测量的时间 差相对于所述第二时间间隔被标称化。
8.如权利要求1所述的发生器，其特征在于，至少一个模块具 有至少一个辅助角位置传感器，其相对于所述参考传感器具有角度偏 移。
9.如权利要求8所述的发生器，其特征在于，所述计算电路包 括用于由时间指示器的存储的值计算第一时间间隔和第二时间间隔的 元件，所述第一时间间隔分开两个相继的位置信号，所述第二时间间 隔分开预置信号通过两个相继的特征点，并且所述计算电路包括用于 相对于同一个角度差计算在所述第一和第二时间间隔之间的差值的元 件。
10.如权利要求9所述的发生器，其特征在于，所述计算电路 (DSP)包括用于由时间指示器的存储的值计算所述时间差的元件，所 述时间差由在角位置传感器提供位置传感器或信号的时刻和预置信号 通过所述特征点的时刻之间的差来测量，其中通过相对于参考角位置 传感器(C)考虑关于一个或几个辅助角位置传感器的角度偏移来进行 所述计算。
11.如权利要求1所述的发生器，其特征在于，所述时间指示器 是一个被定期重新初始化的计数器，通过每当其达到最大计数值时使 其复位到0进行所述重新初始化。
12.如权利要求11所述的发生器，其特征在于，它包括一个逻辑 元件，相对于在每次所谓的重新初始化之后的所述第一位置信号并且 相对于每次所谓的重新初始化之后预置信号第一次通过所述特征点， 对时间指示器的存储的值增加一个等于计数器的计数值的重新初始化 的值。
13.如权利要求1所述的发生器，其特征在于，其具有两对转动 质量，并且预置信号(Fc(t))具有表示通过调节相位()由两对转 动质量的共轭作用产生的正弦力的模数的幅值，相对于预置信号，转 动质量对中的一对转动质量具有一个超前的相位()，相对于预置 信号(Fc(t))，转动质量的另一对具有滞后的相位()，所述计算 电路在一方面产生一个用于调节转动质量的转动频率的第一控制信号 (PI速度)，在另一方面产生一个用于调节所述相位()的第二控 制信号。
技术领域
本发明涉及一种包括相对于一个平面对称地设置的一对偏心的 转动质量的不平衡动态负载发生器。
背景技术
还已知一种使用两对转动质量的装置，所述的两对转动质量使 得能够补偿在本体中产生的振动力。这种装置在欧洲专利申请 EP337040(ALSTHOM)中描述了，其中4个质量是独立的，并且在美 国专利US5903077中描述了，其中这些质量被成对地机械耦连。使 用成本高的连续的传感器(角度编码或同步分解器)来实现转动质量 的频率和相位的伺服控制。
发明内容
本发明的基本构思是，令人惊讶的是，有效的控制可以通过只 在每转的一点(或几点)检测偏心转动质量的角度位置来实现。
因而，可以使用其成本比迄今为止使用的传感器的成本低得多 的点传感器(霍尔效应传感器，光学传感器等)来实现偏心转动质量 的角位置的连续的测量，因为由质量的偏心率引起的不规则性，这种 测量对于想到的应用被认为是必须的。
因而本发明涉及一种不平衡负载发生器，包括至少一对偏心转 动质量，它们相对于一个平面是对称的，并且它们的运动由一个控制 模块根据具有给定频率的预置信号产生的至少一个控制信号控制，其 特征在于，对于至少一个质量，其包括参考角位置传感器，用于提供 表示所述转动质量通过一个参考角位置的位置信号，以及控制电路， 所述控制电路包括：
计算电路，用于由所述位置传感器提供的相继的位置信号计算 所述质量的转动的周期性，并根据测量的周期性和预置信号的周期性 之间的差值产生所述控制信号；并且，
所述发生器的特征可以在于，其包括相位测量电路，用于测量 在由位置传感器提供的信号和预置信号的参考点之间的时间差(或相 位误差)，并且所述计算电路包括校正器模块，用于根据所述测量的 时间差和预置的时间差之间的差值产生控制信号。
按照第一个改型，所述对偏心转动质量的质量被在机械上耦连 在一起，并且所述发生器只有与所述对偏心转动质量的的两个质量中 的一个相关的参考角位置传感器。
按照第二个改型，至少一对质量在机械上是独立的，并且所述 发生器具有用于所述每对质量的两个质量的每个质量的参考角位置传 感器。
按照一个有利的实施例，所述发生器的特征在于，其具有时间 指示器，其值借助于时钟来增加，以及存储器，用于当参考角位置传 感器输出所述位置信号时和所述预置信号通过特征点时，存储所述时 间指示器的值。此时所述计算电路可以包括用于由时间指示器的存储 的值计算第一时间间隔和第二时间间隔的元件，所述第一时间间隔分 开两个相继的位置信号，所述第二时间间隔分开预置信号通过两个相 继的特征点，从而产生控制信号，并且其包括用于计算在所述第一和 第二时间间隔之间的差值的元件。
有利的是，所述第一和第二时间间隔之间的所述差值被相对于 相应于所述预置信号的所述第二时间间隔标称化。用这种方式，标称 化的差值相应于频率的相对改变，借以实现调节。
所述计算电路还可以包括计算元件，其接收时间指示器存储的 值，并产生测量的时间差，所述时间差通过求取位置传感器提供所述 位置信号的时刻和所述预置信号通过所述特征点的时刻之间的差值来 确定。
相对于所述第二时间间隔标称化测量的时间差也是有利的。
所述时间指示器可以是一个被定期重新初始化的计数器，例如 通过每当其达到最大计数值时使其复位到0进行所述重新初始化。
所述发生器的特征还在于，其包括一个逻辑元件，相对于在计 数器的每次所谓的重新初始化之后的所述第一位置信号，并相对于在 每次所谓的重新初始化之后预置信号第一次通过所述特征点，对时间 指示器的存储的值增加一个等于计数器的计数值的重新初始化的值。
按照一个特别有利的实施例，所述发生器的特征在于，其具有 两对转动质量，并且预置信号具有表示通过调节相位由两对转动质 量的共轭作用产生的正弦力的模数的幅值，相对于预置信号，转动质 量对中的一对转动质量具有一个超前的相位，转动质量对中的另一 对转动质量具有滞后的相位，所述计算电路在一方面产生用于调节 转动质量的转动频率的第一控制信号，在另一方面产生用于调节所述 相位的第二控制信号。
附图说明
通过结合附图阅读下面的说明，可以更加清楚地看出本发明的 其它特征和优点，其中：
图1是具有4个相同的模块的系统的示意图，每个模块包括一 个偏心质量；
图2表示一个模块的伺服控制环；
图3示意地表示按照图1的系统的操作；以及
图4a，4b是用于分别说明相位预置和周期预置的计算的流程 图。
具体实施方式
在所述结构与质量m2之间产生的磁负载U在结构中产生关于 U的负载Ft，其关系是Ft＝H.U，其中H是由发生器的装配特性给出 的传递函数：
H(p)＝m2p2/(m2p2+K2)
K2表示在质量m2和结构S之间的联结刚度，p＝jω。
一般地说，质量m2由电磁发生器(具有可变的磁阻)或电动 发生器的运动质量构成。
质量m2和刚度K2限定了一种振荡机械系统，其在谐振时的放 大在可允许的晃动范围内可被利用。
这种技术通常用于电动发生器(插棒式铁心线圈处于恒定的磁 场内)。
然而，当试图产生高的传递载荷Ft(一般大于1KN)时，这种 技术则难于用于电动发生器中，这是因为这将导致产生过高的质量和 用于产生磁场的永磁体的过大的体积。
已知的不平衡发生器的解决方案例如在上述的文件FR 2169672， FR 337040和US 5903077中描述了。
图1表示具有4个相同的模块MOD1，MOD2，MOD3和MOD4 的系统。每个模块包括偏心转动质量M，其偏心度半径为R，在一 方面的一对模块MOD1和MOD2和在另一方面的另一对模块MOD3 和MOD4的质量反向转动。由通过每个模块MOD1-MOD4的轴线和 每个质量M的重心的直线和垂直轴线Oz之间的角度分别由θ1，θ2， θ3和θ4表示。
设：
θ2＝π-θ1
θ4＝π-θ3
则模块MOD1和MOD2产生沿轴线Oz的恒定幅值的正弦力 Fz1。
模块MOD3和MOD4产生沿轴线Oz的恒定幅值的正弦力 Fz2。
这两个力的合力是大小为A的正弦力Fz，其可以按照下式随角 度来改变：
其中ω＝2πf
f＝质量的转动频率
因而：
cos，因而，控制(力Fz的)幅值A；
θ(t)控制力Fz的频率和相位。
系统一般由正弦信号Fc(t)控制，其和A cos[θ(t)]成比例，并且 力Fz和这个预置信号同相。
当预置信号达到满量程(例如模数转换器的满量程)的100％ 时，输出力Fz等于可以在频率f下获得的最大力Fmax，即：
Fmax＝4mRω2
其中ω＝2πf
此时我们有，即
对于力Fz＝0
对于处于0和π/2之间的，力Fz可以在0和Fmax之间改变。
按照图2，每个模块(不论是2个或者4个)包括具有转轮1的 电动机MT，偏心质量M和传感器C，所述传感器C在每转对于质 量M的一个特征位置例如垂直位置(θ＝0)提供一个信号。
来自传感器C的信号被提供给信号处理器DSP的输入，处理器 DSP的另一个输入接收预置信号Fc(t)。处理器DSP最好由所有的模 块共用。另外，也可以不同的处理器DSP被指定给每个模块或者一 对模块。
处理器DSP例如借助于脉宽调制输出控制信号CS，其控制用 于操作电动机MT的电源级PWR。
相对于在专利文件FR2169672，EP377040和US5903077描述的 解决方案，避免了由使用同步分解器(US5903077)或者使用角度编 码器(EP377040)进行的位置伺服控制而产生的高成本。因为这种 控制使得能够以有竞争力的成本实现每个模块的独立的伺服控制，所 以如果需要，可以消除模块之间的机械驱动的缺点，例如在美国专利 5903077所述的齿轮驱动，其产生噪声并且具有较高的制造和维修成 本。
在这种情况下，致动器由两个或四个模块构成，这些模块是相 同的，并且从机械的观点看来是独立的。
在一对或几对模块在机械上被耦连在一起的情况下就其转动而 论，对于一对偏心质量中的一个和每对模块的一个伺服控制环提供一 个传感器便足够了。
此外，一个模块可以只包括一个转轮1，一个质量M，一个传 感器C，一个电源级PWR和一个电动机MT，处理器DSP为致动器 的各个模块共用。
图3表示处理器DSP的操作原理。
借助于施密特触发器在每个周期ω检测预置信号Fc(t)通过一个 特征时刻，例如上升的信号通过0的时刻。因而获得相应于预置信号 的事件Pip S的脉冲和模块在θ＝0时的指令。每当在传感器C的前 方通过质量M时，传感器则输出相应于模块MOD1-MOD4的事件 Pip1-Pip4的脉冲。最好选择质量M通过垂直位置(θ＝0)，即和预 置信号Fc(t)的特征位置相同的位置。
伺服控制系统使用一个(或几个)计数器，所述计数器可以借 助于事件Pip S，Pip1-Pip4引起处理器DSP的中断来读出，这些事件 用于捕获计数器的值。计数器以频率Fs1扫描从0到65535的整数 值。当其达到其最大值Lcounter(例如65536)时，其内容被复位为 0。计数器以频率Fs1增加，Fs1是处理器的石英晶体的频率的几分 之一，例如：Fs1＝30MHz/128＝234.4kHz。
Pip S专用于预置信号。当输入信号以正的斜率通过0时，计数 器的捕获(读出)被触发(例如借助于施密特触发器)。这个值作为 可变的CaptureS被存储。在下一个捕获，CaptureS的值被存储在 CaptureSp(下标移动)中，然后把计数器的值存储在可变CaptureS 中。
Pip 1专用于电动机1和其传感器C。当由传感器C提供的信号 从0转换为1时，触发计数器的一个捕获(读出)。这个值作为可变 的Capture 1被存储，在下一次捕获，Capture 1的值被存储在 Capture 1p(下标移动)中，然后计数器的值可被存储在可变的 Capture 1(依此类推)中。
Pip 2专用于电动机2和其传感器C。当传感器C的信号从0转 换为1时，触发计数器的一个捕获(读出)。这个值作为可变的 Capture 2被存储，在下一次捕获，Capture 2的值被存储在Capture 2p(下标移动)中，然后计数器的值可被存储在可变的Capture 2 (依此类推)中。
Pip 3专用于电动机3和其传感器C。当传感器C的信号从0转 换为1时，触发计数器的一个捕获(读出)。这个值作为可变的 Capture 3被存储，在下一次捕获，Capture 3的值被存储在Capture 3p(下标移动)中，然后计数器的值可被存储在可变的Capture 3 (依此类推)中。
Pip 4专用于电动机4和其传感器C。当传感器C的信号从0转 换为1时，触发计数器的一个捕获(读出)。这个值作为可变的 Capture 4被存储，在下一次捕获，Capture 4的值被存储在Capture 4p(下标移动)中，然后计数器的值可被存储在可变的Capture 4 (依此类推)中。
由这些在每转被更新的变量，计算每转的速度误差和相位误 差。首先计算各个周期。
周期S＝Capture S-Capture Sp
周期1＝Capture 1-Capture 1p
周期2＝Capture 2-Capture 2p
周期3＝Capture 3-Capture 3p
周期4＝Capture 4-Capture 4p
速度误差1＝(周期1/周期S)-1
速度误差2＝(周期2/周期S)-1
速度误差3＝(周期3/周期S)-1
速度误差4＝(周期4/周期S)-1
这是相对于控制信号的周期周期S标称化的速度误差。
模块1的非标称化的误差可被写成(周期1-周期S)，依此类 推。
还计算各个相位误差。
相位误差1＝(捕获1-捕获S)/周期S
相位误差2＝(捕获2-捕获S)/周期S
相位误差3＝(捕获3-捕获S)/周期S
相位误差4＝(捕获4-捕获S)/周期S
速度误差信号1-4使得能够直接控制每个(或者一对)模块的 电动机MT，使得把质量的转动频率调节到预设值。
对于每个模块，使标号为1-4的相位误差信号的值和由预置信 号的幅值Fc(t)计算的相位预置值比较。
具体地说，如上所述，预置信号的幅值和要产生的力Fz成比 例，并且后者和相位移有关。
这个计算按照图4a中所示进行。
预置信号被标称化，使得最大幅值A(例如5V)相应于1。因 而，标称化的幅值a处于-1和+1峰峰之间。
接着取c＝abs(a)(即取a的绝对值)。
对c应用低通滤波器LPF，获得信号c’，接着计算：
c’×∏/2＝c”。
要应用于模块1和模块2的相位预置1和2为
Arc cos c”
要应用于模块3和模块4的相位预置1和2为
-Arc cos c”。
这个相位可以借助于除以π被标称化。
根据相位预置信号、速度误差信号和相位误差信号，按照常规 方式利用比例和积分校正(PI速度1-4，以及PI相位1-4)计算 速度控制信号和相位控制信号。将这些信号相加，从而形成信号 CS1...CS4，它们供给电路PWR1-PWR4，这些电路发出用于电动机 MT1-MT4的控制信号W1-W4。
只利用一个传感器C在20赫兹的频率下获得了百分之几的精 度。在这种情况下，当想要增加精度或者希望把操作扩展到较低的频 率时，可以在每转进行一个以上的捕获。在这种情况下，最好是保留 给出所述的质量通过选择的参考点(θ＝0)的参考传感器C，并且至 少一个模块被补充一个或几个相对于传感器C角度地偏移(offset angularly)的逐点角位置辅助传感器。这些辅助传感器的信号有利 地供给处理器DSP的另一个输入。具体地说，已知参考位置，便已 知在由参考传感器C提供的脉冲之后在DSP的另一个输入上接收的 第一个脉冲相应于第一辅助传感器(如果有几个的话)，并且依此类 推，因此，不需要对每个辅助传感器分配一个特定的输入。
例如，对于以90度间隔分布的3个辅助传感器，在每转获得由 主传感器提供的一个尖头脉冲(pip)和由辅助传感器提供的3个相 继的尖头脉冲(pip)。
此时我们便更新每隔90度存储的值，因而例如：
周期1＝4(捕获1-捕获1p)
对于其它模块，依此类推。
换句话说，借助于把第一和第二时间间隔归于各转动质量M的 同一个角度差，计算在第一和第二时间间隔的存储值之间的差。
根据尖脉冲是由主传感器C提供还是由一个辅助传感器提供， 对于时隙信号相位误差1-4，必须应用0度、90度、180度和270 度的校正，以便考虑它们相对于参考传感器C的角度偏移。
在所想到的实施例中，使用被定期地复位到0的计数器。如果 这种复位到0(或者更一般的是重新初始化到一个给定的计数值)在 两个捕获之间发生，则必须借助于把相应于重新初始化的计数器的计 数值L加于重新初始化之后的第一捕获捕获S和捕获1来对此加以 考虑(见图4b)。
复位到0的测试可以是
捕获S＜捕获Sp
对于预置信号，并且
捕获1＜捕获1p
对于几个传感器的信号依此类推。
在这种情况下，计数器的最大计数值被加到捕获S和捕获1- 4，使得计算的差值(捕获S＜捕获Sp)和(捕获1＜捕获1p)是正确 的。
为了启动发生器，有利的是对其施加低于所需的工作频率的预 置频率，例如工作频率为20赫兹时启动频率为5赫兹。一旦频率在 低的值(5赫兹)下稳定，则增加频率，从而获得工作频率，并且然 后施加相位预置。
如果在给定的时刻相位差超过π(180度)，这相应于大于0.5 的相位校正，则我们选择延迟相应的电动机(而不是使其提前)。
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