基于PLC及PT的高精度转动惯量测量系统的设计.pdf

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1、自动化DOI：10．3969／J．issn．1009—9492．2012．09．011基于PLC及PT的高精度转动惯量测量系统的设计葛静，张磊乐，游广飞(郑州机械研究所，河南郑州I450052)摘要：介绍了，高精度转动惯量测量系统的设计、研究与应_l丰j。通过提高测量摆动周期精度的方法，从而实现了高精度转动惯量的测量。关键词：周期测量；转动惯量；可编程控制器；触摸屏中图分类号：1"P29文献标识码：A文章编号：1009—9492f2012109—0036—03MeasuringSystemDesign0fHigh—Precisi0nRotati

2、onalInertiaBasedonPLCandPTGEJing，ZHANGLei-le，YOUGuang-~i(ZhengzhouResearchInstituteofMechanicalEngineering，Zhengzhou45o052，China)Abstract：Ahigh—precisionmeasuringsystemofrotationalinertiaisintroduced，includingthedesign，theresearchandtheapplicationandthehighmeasureprecisionof

3、rotationalinertiaisachievedbythewayofimprovingthemeasureprecisionoftheperiodof【ls(-illali(1n．Keywords：periodmeasurement；rotationalinertia；PLC；touchscreen0引言惯量。所以，精确测量物体的摆动周期，是保转动惯量是物体在旋转和飞行的过程中必要证本系统精度的关键。的测量参数。根据转动惯量的大小来设计物体旋2机械系统设计转时的动力。转动惯量是刚体绕轴转动惯性的度2．1测量原理量转动惯量，又称惯性矩，通常

4、以表示，SI机械系统采用常用的转动惯量测量方法——位为kg·In，可说是一个物体对于旋转运动的扭摆法，利用扭杆作为弹性恢复元件构建单自由惯性。对于一个质点，．，=r，其中m是其质度扭摆振动系统，使被测物体产生摆动运动，其懂，r是质点和转轴的垂直距离。转陨量只决定运动方程为：于刚体的形状、质量分布和转轴的位置，而同刚c警+=0(1)体绕轴的转动状态(如角速度的大小)无关。规其中‘p为扭转角，．，为转动惯量，C为阻尼系则形状的均质刚体，其转动惯量可直接计算得数，k为扭转刚度，由此方程解得：到。不规则刚体或非均质刚体的转动惯量，一般实验法测定粤j一4

5、r：“(2)1系统的功能及原理式(2)中A为一常数。实际测量中阻尼系数高精度转动惯量测量系统是可以测量不规C一般很小，基本可以忽略，则：则刚体或非均质刚体的转动惯量的自动控制系．，=(3)统。该系统通过测量已知转动惯量物体和被测物体的摆动周期，即可计算出被测物体的转动由式(3)可得出以下三个公式：Jo：_kl'o~，葛静等：基亏PLC及PT的高精度转动惯量测量系统的设计工业自测量结束后，阻尼机构开始动作，使摆动机构停t，+．，=÷，。+J=——一。／L／L止摆动。根据已知样件摆动周期值及转动惯量和联立求解方程组可得式：被测物体的摆动周期值PLC

6、计算出转动惯量值。(一)，．、由式(4)计算得出转动惯量。■4控制系统原理框图见图2。分别测量待测物体(J)的摆动周期、已知标准体(J)的摆动周期及空台的摆动周期()可比对得出被测物体的转动惯量u。2．2机械结构设计测量系统结构如图1所示，测量系统由主机座、精密摆动轴系、设备工装、扭杆、测量工装、摆动触发机构、阻尼机构及开关量传感器组成。精密摆动轴系、扭杆以及测量工装组成单自由度扭摆振动系统，精密摆动轴系选取高精度轴承，阻尼很小，摆动触发机构触发扭摆系统振图2控制系统原理框图动，开关量传感器测取振动信号经可编程控制器3．2可编程控制器系统的设计

7、采集得出扭摆周期，测量完成后，PLC控制阻尼可编程控制器的选型为欧姆龙公司生产的机构使摆动停摆，开始下一次周期测量，经多次PLC。其CPU选型为CJ2M—CPU13，计数模块选型测量取得摆动周期均值。通过被测物体与标准样为CJ1W—NC234，输入输出分别为CJ1W—ID211和件摆动周期比对，计算出物体的转动惯量。CJ1W—OD211，电源模块选型为CJ1W—PA202。这里介绍一下CJ1W—NC234高速计数单元，且计数的最大范围为32位二进制，可接收1MHz的输入频率，以便能精确控制快速运动。单元对于来自CPU单元的指令在0．1ms内做出

8、响应121。3．3触摸屏设计触摸屏选型为欧姆龙NS12TS00B—ECV2。NS系列PT有一个触摸屏面板。PT可以用来显示系统和设备的运行状态等信息，