自動(dòng)平衡原理主要研究

自動(dòng)平衡原理研究背景

為獲取經(jīng)濟(jì)利益，企業(yè)需對(duì)市場(chǎng)做周密的調(diào)研和科學(xué)的預(yù)判，這就要消耗大量的時(shí)間和人力資源，占用了大量的成本。而當(dāng)今商業(yè)世界經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的目標(biāo)是綜合各種因素而使利益最大化，比如獲得廉價(jià)原料，廉價(jià)勞動(dòng)力和現(xiàn)代化的工藝，為公司形成競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)。如何將眾多因素綜合在一起，是經(jīng)濟(jì)過程中存在的主要問題。本文將各種內(nèi)外因素參數(shù)化，通過對(duì)參數(shù)的設(shè)置和管理來模擬未來經(jīng)濟(jì)過程，為管理者決策提供有效依據(jù)，對(duì)指導(dǎo)經(jīng)濟(jì)實(shí)踐具有非常重要的意義。

自動(dòng)平衡原理研究依據(jù)

在經(jīng)濟(jì)活動(dòng)分析研究中運(yùn)用系統(tǒng)方法論、自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，為了建立預(yù)測(cè)經(jīng)濟(jì)情況的發(fā)展模型，以馬斯列尼科夫提出的非傳統(tǒng)的共性發(fā)展預(yù)測(cè)分析研究方法為基礎(chǔ)，運(yùn)用了王維循環(huán)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)展形勢(shì)中其成分的辨證考慮，主要是辨證考慮在過去，現(xiàn)在和未來將要發(fā)生的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)之間的相互關(guān)系，可以得到獨(dú)具特點(diǎn)的結(jié)論。從中國(guó)古籍《易經(jīng)》世界觀中的王維循環(huán)的符號(hào)系統(tǒng)，解決自我組織系統(tǒng)的發(fā)展預(yù)測(cè)課題。結(jié)合王維循環(huán)預(yù)先規(guī)定的自然法則，在任何系統(tǒng)的發(fā)展中提出總體決定論。偏離這些法則的情況，在具體條件的影響下，產(chǎn)生預(yù)測(cè)，加大解決任何企業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略性課題的應(yīng)用可能性。

自動(dòng)平衡原理研究課題

1. 分析現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)方法和發(fā)展前景;

2. 構(gòu)思最有效的預(yù)測(cè)方法及建立企業(yè)發(fā)展進(jìn)化模型;

3. 分析必要的系統(tǒng)任務(wù)，建立支持預(yù)測(cè)流程的自動(dòng)系統(tǒng);

4. 實(shí)施自動(dòng)化系統(tǒng)的演化建模和測(cè)試，以解決現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)問題；

5. 分別解決戰(zhàn)略營(yíng)銷，戰(zhàn)略計(jì)劃，戰(zhàn)略管理等經(jīng)濟(jì)課題。

自動(dòng)平衡原理研究?jī)?nèi)容

1 目前存在的經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)方法分析及其發(fā)展前景

分析當(dāng)今著名的經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)方法，確定他們的形態(tài)結(jié)構(gòu)和效用，分別列出其優(yōu)點(diǎn)和不足以及使用范圍。預(yù)測(cè)是通過對(duì)客觀歷史事實(shí)和現(xiàn)狀進(jìn)行科學(xué)的調(diào)查和分析，由過去和現(xiàn)在去推測(cè)未來，由已知去推測(cè)未知，從而揭示未來客觀事實(shí)發(fā)展的趨勢(shì)和規(guī)律。預(yù)測(cè)的重要意義就在于它能夠在自覺地認(rèn)識(shí)客觀規(guī)律的基礎(chǔ)上，借助大量的信息資料和現(xiàn)代化的計(jì)算手段，比較準(zhǔn)確地揭示出客觀事物運(yùn)行中的本質(zhì)聯(lián)系及發(fā)展趨勢(shì)，預(yù)見到可能出現(xiàn)的種種情況，勾畫出未來事物發(fā)展的基本輪廓，提出各種可以互相替代的發(fā)展方案，這樣就使人們具有了戰(zhàn)略眼光，使得決策有了充分的科學(xué)依據(jù)。

無論采用何種預(yù)測(cè)方法，都必須遵循下面的八個(gè)步驟：

1） 確定預(yù)測(cè)的用途。確定我們進(jìn)行預(yù)測(cè)所要達(dá)到什么樣的的目標(biāo)。

2）選擇預(yù)測(cè)對(duì)象。確定我們需要對(duì)什么對(duì)象進(jìn)行預(yù)測(cè)。例如，生產(chǎn)預(yù)測(cè)中通常需要對(duì)公司產(chǎn)品的市場(chǎng)需求進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而為公司指定生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃提供資料。

3）決定預(yù)測(cè)的時(shí)間跨度。確定所進(jìn)行的預(yù)測(cè)的時(shí)間跨度是短期、中期、還是長(zhǎng)期？

4）選擇預(yù)測(cè)模型。根據(jù)所要預(yù)測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)和預(yù)測(cè)的性質(zhì)選擇一種合適的預(yù)測(cè)模型來進(jìn)行下一步的預(yù)測(cè)。

5）收集預(yù)測(cè)所需的數(shù)據(jù)。收集預(yù)測(cè)所需數(shù)據(jù)時(shí)，一定要保證這些數(shù)據(jù)資料的準(zhǔn)確性和可靠性。

6）驗(yàn)證預(yù)測(cè)模型。確定我們選擇的預(yù)測(cè)模型對(duì)于我們要進(jìn)行的預(yù)測(cè)是否有效。

7）做出預(yù)測(cè)。我們要根據(jù)前面收集的相關(guān)的數(shù)據(jù)資料和確定的預(yù)測(cè)模型對(duì)我們需要預(yù)測(cè)的對(duì)象做出合理的預(yù)測(cè)。

8）將預(yù)測(cè)結(jié)果付諸實(shí)際應(yīng)用。按照前面步驟，我們已經(jīng)對(duì)所需要預(yù)測(cè)的對(duì)象做出了預(yù)測(cè)，然后需要將預(yù)測(cè)結(jié)果應(yīng)用到實(shí)際中去，從而達(dá)到我們進(jìn)行預(yù)測(cè)的目標(biāo)。比如說生產(chǎn)預(yù)測(cè)中，未來市場(chǎng)對(duì)企業(yè)產(chǎn)品的需求進(jìn)行預(yù)測(cè)之后，就需要根據(jù)這些預(yù)測(cè)來確定企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃。

上面這些步驟系統(tǒng)總結(jié)了規(guī)劃、設(shè)計(jì)和應(yīng)用預(yù)測(cè)的各環(huán)節(jié)，如果是定期做預(yù)測(cè)，數(shù)據(jù)則應(yīng)定期收集，實(shí)際運(yùn)算則可由計(jì)算機(jī)進(jìn)行。

2 構(gòu)思最有效的預(yù)測(cè)方法及其為企業(yè)發(fā)展構(gòu)建進(jìn)化模型的使用條件

廣義介紹東方文化《易經(jīng)》在中國(guó)古今預(yù)測(cè)中所擁有的地位，闡述其理論根據(jù)和發(fā)展進(jìn)程。在數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)上分析伏羲循環(huán)和王維循環(huán)的差異。王維循環(huán)的二進(jìn)制編碼及其和經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象的聯(lián)系，建立自動(dòng)化模型和系統(tǒng)，表現(xiàn)王維循環(huán)在經(jīng)濟(jì)學(xué)中的應(yīng)用。

3 規(guī)劃必要的基本參數(shù)數(shù)據(jù)，建立支持預(yù)測(cè)流程的自動(dòng)系統(tǒng)

運(yùn)用專家系統(tǒng)逐一解決戰(zhàn)略營(yíng)銷，戰(zhàn)略計(jì)劃，戰(zhàn)略管理等經(jīng)濟(jì)課題的預(yù)測(cè)。深入研究預(yù)測(cè)模型數(shù)據(jù)庫(kù)，建立了自動(dòng)系統(tǒng)，結(jié)合多個(gè)專家系統(tǒng)說明預(yù)測(cè)初始和結(jié)束的狀態(tài)。結(jié)合王維循環(huán)預(yù)先規(guī)定的自然法則，在任何系統(tǒng)的發(fā)展中提出總體決定論。偏離這些法則的情況，在具體條件的影響下，產(chǎn)生預(yù)測(cè)。

4 實(shí)施自動(dòng)化系統(tǒng)建模演化和測(cè)試，解決現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)問題

闡述運(yùn)用王維循環(huán)在經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中預(yù)測(cè)過程的總綱要：

1）為建立發(fā)展方案選擇企業(yè)運(yùn)作的經(jīng)濟(jì)參數(shù)。

2）根據(jù)這些經(jīng)濟(jì)參數(shù)確認(rèn)企業(yè)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)初始狀態(tài)。

3）評(píng)定初始狀態(tài)，在專家系統(tǒng)中對(duì)數(shù)據(jù)集提出問題，并得到專家數(shù)據(jù)。

4）導(dǎo)入王維循環(huán)得到可能的初始狀態(tài)的發(fā)展變體。

5）每種狀態(tài)按照經(jīng)濟(jì)理論的闡述，建立了發(fā)展方案。

6）選擇必須或能夠達(dá)到的資源條件，通過自動(dòng)系統(tǒng)，得到相應(yīng)采取的管理方法。

5 解決戰(zhàn)略營(yíng)銷，戰(zhàn)略計(jì)劃，戰(zhàn)略管理等經(jīng)濟(jì)課題

是在實(shí)踐中應(yīng)用經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，解決企業(yè)戰(zhàn)略經(jīng)濟(jì)課題，并且得到企業(yè)應(yīng)用結(jié)果的反饋消息。

結(jié)論

深入研究預(yù)測(cè)模型知識(shí)庫(kù)，建立自動(dòng)系統(tǒng)，結(jié)合多個(gè)專家系統(tǒng)說明預(yù)測(cè)初始和結(jié)束的狀態(tài)，能夠有效地運(yùn)用專家多年積累的有效經(jīng)驗(yàn)和專門知識(shí)。通過模擬專家的思維過程，解決需要專家才能解決的問題，對(duì)決策的過程作出解釋，并有學(xué)習(xí)功能。現(xiàn)在，專家系統(tǒng)已成為人工智能領(lǐng)域中最活躍、最受重視的領(lǐng)域。我們將專家系統(tǒng)成功的運(yùn)用在經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)中，結(jié)合王維循環(huán)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，為經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)提供有效的判斷依據(jù)。2100433B

研究員，工科博士： 路璐，Бутенко Л.Н.研究部門：俄羅斯伏爾加格勒國(guó)立技術(shù)大學(xué)

根據(jù)平衡頭產(chǎn)生不平衡量方式的不同，可以把已研制的平衡頭分為質(zhì)量變分布式、質(zhì)量變化式和作用力式等，現(xiàn)分類列出如下，如圖1所示:

質(zhì)量變分布式平衡頭

不改變平衡面處質(zhì)量的數(shù)量，而是改變質(zhì)量分布來調(diào)整平衡頭產(chǎn)生的不平衡量的方法稱之為質(zhì)量變分布式平衡頭。該型平衡頭可分為固體質(zhì)量分布和液體質(zhì)量分布兩不中。

華中理工大學(xué)張鴻海等人研制的智能式砂輪在線平衡儀、哈爾濱工業(yè)大學(xué)和浙江大學(xué)的電磁式平衡頭及美國(guó)LORD公司的自動(dòng)平衡頭都屬于固體質(zhì)量分布類型，其優(yōu)勢(shì)在于根據(jù)電動(dòng)機(jī)原理，采用電磁力這種非接觸方式去拖動(dòng)平衡頭內(nèi)質(zhì)量不對(duì)稱的圓環(huán)，平衡盤都是屬于這一類型。

電磁式的自動(dòng)平衡頭往往不能精確地使不平衡質(zhì)量沿周向連續(xù)地微調(diào)，只能以“步”為單位移動(dòng)或鎖定，由于受其位置調(diào)節(jié)分度的制約，在最大平衡能力和最小可調(diào)量之間通常有矛盾。

典型的使用兩個(gè)配重塊周向調(diào)節(jié)的方案里，在調(diào)節(jié)時(shí)，單向移動(dòng)的配重塊在質(zhì)量塊周向移動(dòng)的過程中往往會(huì)有短時(shí)的轉(zhuǎn)子不平衡量增大的情況?？呻p向移動(dòng)的配重塊的設(shè)計(jì)只能部分解決這個(gè)問題。但同時(shí)這個(gè)設(shè)計(jì)造成平衡頭結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。

此外，在很強(qiáng)的離心力和振動(dòng)下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)，自動(dòng)平衡裝置的可靠性如何是影響實(shí)際工業(yè)應(yīng)用的最主要因素之一，機(jī)械活動(dòng)部件的磨損和疲勞也是一個(gè)需要考慮的問題。

平衡盤屬于液體質(zhì)量分布類型，該類平衡頭存在調(diào)節(jié)速度或精度受到一定限制;此外，液體或蒸汽可能會(huì)泄漏;并且較難測(cè)得平衡頭內(nèi)各個(gè)室里的液體量，等等問題。但是造價(jià)低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易推廣。

質(zhì)量變化式

這類平衡頭主要分為增重/減重和注液/釋液兩類。

通過在轉(zhuǎn)子某個(gè)位置在線增重或減重來實(shí)現(xiàn)不停機(jī)自動(dòng)平衡。例如，Gusarov等人通過在轉(zhuǎn)子某個(gè)位置較輕的相位噴涂快速凝固的流態(tài)物質(zhì)來平衡轉(zhuǎn)子。moue在一種用于自動(dòng)動(dòng)平衡機(jī)的專利里，用電火花加工方式在轉(zhuǎn)子某個(gè)區(qū)域用電火花刻蝕去重。此外，也有用激光在線去重的。

注液式平衡頭通常有3個(gè)以上的儲(chǔ)液室，其調(diào)節(jié)配重方式是不停機(jī)在線地向儲(chǔ)液室里注入液體；平衡盤都屬于這一類。由于轉(zhuǎn)盤上沒有活動(dòng)機(jī)械部件，相比較而言，注液式平衡頭加工制造簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠。

作用力式一“虛擬”平衡頭

產(chǎn)生虛擬力的手段通常是采用電磁的方式，例如1992年Chen等人的專利就利用主動(dòng)電磁軸承的電磁力來實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子偏心造成的振動(dòng)的控制。2001年北京工業(yè)大學(xué)黃曉蔚等人對(duì)利用主動(dòng)電磁軸承實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平衡的方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

作用力式的平衡頭具有非接觸、無活動(dòng)機(jī)械部件的優(yōu)點(diǎn)，然而電磁軸承的承載力是有限的；同時(shí)由于電磁力支承具有副剛度，它實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定懸浮就已經(jīng)比較困難，具有一定的不穩(wěn)定性，需要閉環(huán)控制才可以克服。電磁力是一個(gè)隨磁間隙增大而非線性地迅速減小的力，這種非線性也使電磁力的大小比較難以精確控制。

注液式轉(zhuǎn)子振動(dòng)平衡系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)

這種平衡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以德國(guó)Hofmann公司和德國(guó)Dittel公司的產(chǎn)品應(yīng)用最為廣泛，下面分別予以介紹。

Hofmann公司的產(chǎn)品，以砂輪噴液型主動(dòng)平衡裝置最為常用。該裝置采用計(jì)算機(jī)微處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，其平衡砂輪最高轉(zhuǎn)速為60000 r /min，平衡所需時(shí)間為10秒到300秒，若需要重新平衡其時(shí)間大約為5秒，其平衡精度能達(dá)到。該平衡系統(tǒng)已在高速和超高速磨床上得到了廣泛應(yīng)用，框圖如圖2所示。

Dittel公司的H6000平衡系統(tǒng)主要由被控轉(zhuǎn)子、信號(hào)采集器、控制器和執(zhí)行器四部分組成，主要應(yīng)用在高精度的磨床機(jī)械，結(jié)構(gòu)如圖5所示。

從這兩套系統(tǒng)來看，注液式振動(dòng)平衡系統(tǒng)一般包括:振動(dòng)檢測(cè)單元、振動(dòng)信號(hào)處理單元、控制單元、液體流量控制單元和平衡盤等。系統(tǒng)開始工作后，振動(dòng)傳感器會(huì)實(shí)時(shí)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)信號(hào)，系統(tǒng)中的控制單元會(huì)根據(jù)算法實(shí)時(shí)判斷當(dāng)前轉(zhuǎn)子的振動(dòng)是否超限，并計(jì)算超限情況下需注入平衡盤內(nèi)的液體量，并根據(jù)振動(dòng)反饋情況實(shí)時(shí)調(diào)整注液量，將振動(dòng)控制在安全范圍內(nèi)。在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)這一類系統(tǒng)存幾個(gè)問題需要研究解決:

(1)平衡盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制約，使系統(tǒng)在長(zhǎng)期工作后，由于腔內(nèi)液體注滿而失去平衡能力;

(2)采用電磁閥進(jìn)行液體流量控制，當(dāng)單個(gè)電磁閥發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)將無法正常工作;而且電磁閥在設(shè)備運(yùn)行過程中，開關(guān)頻繁，易發(fā)生故障;

(3)平衡算法原因造成首次噴液振動(dòng)增大，對(duì)設(shè)備安全有一定程度危害。

為解決第一個(gè)問題，克服前述注液式平衡頭的缺點(diǎn)，賀世正提出了一種釋液式平衡系統(tǒng)。在該系統(tǒng)增加了一個(gè)電磁閥，通過電磁閥，儲(chǔ)液室滿了以后可釋放其中液體。但這種方式增加了平衡頭的制造難度，降低了可靠性。由于無法測(cè)量?jī)?chǔ)液室的液體量，只能通過是否有調(diào)節(jié)能力來判斷儲(chǔ)液室狀態(tài)，因此會(huì)造成某段時(shí)間調(diào)節(jié)效果較差。

2006年北京化工大學(xué)高金吉、張鵬設(shè)計(jì)了一種新型的可連續(xù)注液、排液的自動(dòng)平衡頭，該平衡頭利用液位自衡原理，設(shè)計(jì)了不受控制的排液孔，只控制注液流速，通過連續(xù)不斷的注液在平衡頭內(nèi)形成的動(dòng)態(tài)液體實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的不平衡補(bǔ)償。而且該平衡盤設(shè)計(jì)安裝簡(jiǎn)單方便，而且由于不受控的連續(xù)排液，因此腔體不會(huì)因注滿而失去平衡能力，從而為解決第一個(gè)問題提供了新的辦法。

振動(dòng)信號(hào)采集與處理技術(shù)

旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)控制的研究主要還是集中在不平衡振動(dòng)方面，因而關(guān)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)數(shù)字處理方法的研究與應(yīng)用的報(bào)道也主要集中在轉(zhuǎn)頻振動(dòng)信號(hào)處理方面，所采用的核心算法主要是DFT(Discrete Foutier Tansform，簡(jiǎn)寫成DFT)和FFT(FastFoutier Tansform，簡(jiǎn)寫成FFT)，該部分的成果對(duì)于轉(zhuǎn)子振動(dòng)主動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)具有很重要的借鑒意義，相關(guān)的應(yīng)用報(bào)道主要有:

• 報(bào)道基于FFT的軟件算法在動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)上的應(yīng)用。

• 鄭建彬采用基于DFT的動(dòng)平衡機(jī)不平衡量提取算法，在頻域提取不平衡量的幅度和相位，不平衡幅度測(cè)試精度達(dá)4m，相角小于2°。

• 提出了基于FFT的數(shù)字信號(hào)處理方法，根據(jù)測(cè)定的車輪動(dòng)平衡轉(zhuǎn)速求解出與車輪不平衡量有關(guān)的振動(dòng)信號(hào)的振幅和相位，把時(shí)域離散振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化到頻域進(jìn)行分析處理。

• 白志剛，唐貴基為了提取出轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡信號(hào)的幅值和相位特征，首先采用鎖相倍頻電路控制A心進(jìn)行整周期采樣，然后利用FFT進(jìn)行頻譜分析。

• 首先列舉了互相關(guān)和傅立葉變換兩種算法的應(yīng)用及特點(diǎn)，而后通過試驗(yàn)從精度和計(jì)算時(shí)間兩方面進(jìn)行了比較。認(rèn)為采用傅立葉變換求解不平衡量的幅值和相位可以獲得良好的效果

• 通過對(duì)相位差校正法的仿真計(jì)算及誤差分析，基于頻譜校正理論開發(fā)了虛擬動(dòng)平衡測(cè)試儀，該測(cè)試儀可準(zhǔn)確計(jì)算出不平衡質(zhì)量的幅值及相位。

• 董永貴提出一種整周期采樣的軟件實(shí)現(xiàn)方法來解決信號(hào)采樣問題。對(duì)鍵相信號(hào)與振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行同步采樣，而對(duì)振動(dòng)信號(hào)的整周期截取則利用軟件實(shí)現(xiàn)。其優(yōu)點(diǎn)在于可利用通用數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)整周期采樣。

• 徐晶，于向軍引入現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，基于快速傅立葉變換算法對(duì)球磨機(jī)軸承振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，實(shí)現(xiàn)了存煤量的監(jiān)測(cè)，并對(duì)采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理與分析。

• 耿慧論述了在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的動(dòng)平衡檢測(cè)中，采用轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)觸發(fā)A/ D進(jìn)行整周期采樣，然后通過對(duì)采集到的整周期信號(hào)進(jìn)行離散傅里葉變換，從而得到不平衡信號(hào)的幅值與相位。