[发明专利]一种钢轨焊头平直度检测系统的抑振方法

说明书

技术领域

本发明是涉及一种钢轨焊头平直度检测系统的抑振方法，属于轨道检测技术领域。

背景技术

近年来，高速铁路在中国得到了迅猛的发展，高速铁路运营里程已超过1.9万公里，极大的提高了中国铁路的运载能力，推动了中国经济的快速发展。长轨是由100米的短轨焊接而成，焊头平直度关系着列车运行的安全与平稳性，在长轨生产与日常检查维护中，钢轨焊头平直度检测具有重要意义。

目前钢轨检测的方法主要有磁粉检测、涡流检测、红外线检测、机器视觉检测。与其他检测方法相比，机器视觉检测能够采集钢轨整个平面的信息，信息量丰富，可以很好的定位缺陷的位置，能够识别缺陷的类别，同时具有较高的检测精度和检测效率。

图1所示的是一种用于钢轨焊头平直度的检测装置，在动态拍摄钢轨轮廓线时，由于机械传动部分(永磁同步电机1、丝杆2与工作平台3)的振动会对拍摄的钢轨4图像产生噪声干扰，使得钢轨轮廓线的获取困难甚至会失真，因此在钢轨检测中抑制机械传动系统的振动至关重要。

传统的抑振方法主要有：增加机械结构的刚度或降低速度，而前者会增加成本，且系统惯性会变大；后者会降低检测效率，也不符合高速控制系统的需求。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种钢轨焊头平直度检测系统的抑振方法，以有效抑制机械传动系统对钢轨焊头平直度的检测精度的影响。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种钢轨焊头平直度检测系统的抑振方法，包括如下步骤：

S1、建立伺服电机数学模型，对伺服电机数学模型进行Laplace变换，并结合电流环，得到伺服电机的传递函数；

S2、根据工作平台位移与伺服电机输出位移之间的关系建立传动系统数学模型，对传动系统数学模型进行Laplace变换，得到工作平台的传递函数；

S3、输入指令经过S1和S2的输入整形，以及伺服电机控制环节的PID调节后控制传动系统运动。

一种实施方式，步骤S1包括：建立永磁同步电机的状态空间方程，采用i_d≡0的矢量控制方式，获得其解藕状态方程，对解藕状态方程进行Laplace变换。

一种实施方式，步骤S2包括：建立工作平台位移与电机输出位移之间的关系方程，对工作平台位移与电机输出位移之间的关系方程进行Laplace变换。

相较于现有技术，本发明的有益技术效果在于：

本发明提供的钢轨焊头平直度检测系统的抑振方法通过采用输入整形算法，不仅明显地减少了检测数据中的噪声信号，降低了数据处理的难度，而且提高了检测效率以及检测结果的精度，无需改变原有检测设备的机械结构，适用范围广且设计简单，有较强的工业应用价值。

附图说明

图1是现有用于钢轨焊头平直度的检测装置的结构示意图；

图2是本发明提供的一种钢轨焊头平直度检测系统的抑振方法的控制及传动结构框图；

图3是本发明的伺服电机控制框图；

图4是本发明的传动系统的控制框图；

图5是整形前的脉冲示意图；

图6是整形后的脉冲示意图；

图7是本发明的仿真效果图；

图8是本发明抑振前检测设备采集到的数据图；

图9是本发明抑振后检测设备采集到的数据图；

图中标号示意如下：1-永磁同步电机；2-丝杆；3-工作平台；4-钢轨。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案做进一步详细描述。

如图2所示，本发明在现有钢轨焊头平直度检测系统的基础上，本发明增加了输入整形器，输入整形器是在分析伺服控制系统以及传动系统的数学模型后建立的基于有限时间Laplace变换的输入整形算法。输入指令经过输入整形和伺服控制环节的PID调节后控制传 动系统的运动。

1.1、建立伺服电机数学模型

伺服电机在d，q轴上的状态方程可表示为：

其中：R为绕组等效电阻；L为d，q轴等效电感；p为磁对数；ω_m为转子角速度；为每对磁极磁通量；T_L为负载转矩；J为转动惯量；i_d，i_q为d，q轴上的电流。

由于伺服电机定子绕组一般为无中线Y型连接[6]，故i_d＝0，状态方程可以写为：