功能补偿（共8篇）
功能补偿 篇1
1 引言
STATCOM作为柔性交流输电技术(flexible AC transmission system,FACTS)的主要装置之一,与静止无功补偿器(static var compensator,SVC)相比,具有调节速度快、运行范围广、体积小,且暂态无功能力不受电容器容量的大小和系统电压高低的限制等优点[1,2],它代表了现阶段电力系统无功补偿技术的最新发展方向。其中链式STATCOM省略了多重化变压器,具有成本低的优点[3,4,5]。
STATCOM的研究领域多以谐波补偿或稳定电压为主,综合谐波和无功补偿的应用很少,文献[6-7]提出了谐波与无功综合补偿在STAT-COM中的实现方法,然而它们的应用背景都是小容量低压配电领域,控制方法类似于有源电力滤波器(APF);在大功率中高压场合中,受限当前的电力电子开关器件,这种方法并不能得到有效的应用。因此,在中高压领域应用一般须借助于LC无源滤波器、耦合变压器等组合成的混合有源电力滤波器(HAPF),但这种方式能实现谐波及基于器件的无功综合治理,不能进行动态无功补偿[8,9]。所以,目前在无功与谐波综合治理方面都是采用动态无功补偿装置和有源电力滤波器分别对无功功率和谐波进行动态补偿,成本较高。
本文以企业用35 k V/6 k V变电站为应用背景,对6 k V级联STATCOM装置进行了研制。综合考虑设备效率、应用成本及功率领域电力电子开关器件频率限制,采用一种谐波分频补偿技术对危害较大20次以内的谐波进行重点抑制;对基波无功和有功电流采用闭环解耦控制,准确、动态地对无功功率进行补偿,实现了无功与谐波的综合电流补偿。给出装置的主电路结构及其主要参数、载波移相SVM调制技术。所采用控制方法进行了Matlab/Simulink仿真,并结合样机的现场试验,验证了该方法的可行性与正确性,具有较好的应用前景。
2 6 k V级联静止同步补偿器
高压大功率静止同步补偿器主要通过多重化和级联多电平这两种方法来提高装置的应用电压等级和设备容量[1,10]。级联多电平技术与多重化结构相比省去耦合变压器设计,直接并入交流系统且易于实现冗余和模块化生产,提高了装置的可靠性,是大功率STATCOM的发展方向。
2.1 主电路结构
本文设计的STATCOM级联H桥结构,又称链式STATCOM,主电路结构如图1所示,参与级联叠加的N个H桥单元就是通过提高输出电压来扩容,通过增加输出电压的电平数来改善输出电压波形,减少对电网的谐波污染[11]。图1中,装置的额定容量为2.6 Mvar,每相采用8级H桥单元串联,其中1级为冗余运行单元,三相星型连接,每相通过滤波器(电抗器)直接并入6 k V电网的公共接点。开关器件采用绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT,型号为FF450R17ME4,规格为1 700 V/450 A,直流侧电容容量为4 000μF(8个500μF薄膜电容并联组成的电容器组)。正常工作时,装置每相8级H桥投入运行,三相总的直流电容电压为5.6k V,H桥功率单元降额运行[12];当某相中的某个H桥单元故障时,通过该H桥单元交流输出端的反并联晶闸管将其旁路,同时调高其他7级H桥的电容电压以维持该相总的直流电压5.6k V不变。此后,该相非故障H桥单元自动运行在额定容量上,而其他非故障相正常运行,不受影响。
2.2 装置的数学模型
结合文献[13]中的建模假设条件,对图1所示主电路进行数学建模,其交流侧的电压电流方程如下:
式中:ucx,ix(x=a,b,c)分别为装置交流侧输出电压和交流侧电流;usa为交流侧系统电压;L为连接电抗器的等效值;R为装置损耗的等效电阻值。
将式(1)进行基波频率下的dq变换,得d,q旋转坐标下的交流侧数学模型:
式中:usd,usq为系统电压的dq变换,由于变换矩阵d轴与电压矢量重合,故usq=0;ucd,ucq为装置输出电压dq变换;id,iq为交流侧电流的dq变换值。
3 无功与谐波综合补偿控制策略
区别于传统的STATCOM装置,本文研制的STATCOM装置在正常进行动态无功补偿的前提下还能具备谐波抑制功能,在控制策略上采用单独无功补偿控制环和单独谐波抑制控制环,互不影响。
3.1 基波无功动态补偿控制方法
从式(2)中可以看出,STATCOM装置的基波频率dq同步旋转坐标下的交流侧数学模型中的无功电流iq与有功电流id存在着耦合,不利于控制器实现快速控制[14]。为此本文采用前馈解耦控制策略进行解耦控制。
式(2)引入PI控制,实现对指令电流的稳态静差跟踪控制,并将ucd,ucq替换为ucd,u*cd则得下式:
根据上式,即可得到基波无功动态补偿控制框图如图2所示。图2中通过系统电流isa,isb,isc,系统电压usa,usb,usc检测出待补偿的无功电流指令,STATCOM装置交流侧输出三相电流ia,ib,ic,通过中心频率为50 Hz的数字带通滤波器,留下的基波分量通过dq变换后得到装置输出基波的电流id,iq与指令电流id*,iq*,进行图2中的PI解耦控制,得到装置输出基波电压的dq分量u*sd,u*sq,经过dq反变换后即得装置输出的三相基波电压指令值与三相谐波电压指令,叠加再经过比例运算K×[1/(8×700)]后,得到装置每一相调制波的初始值,再经过H桥的平衡控制后得每一级H桥的调制波。
H桥单元相互独立使得链式STATCOM控制系统必须对H桥单元的直流侧电容进行平衡控制。图2中采用分层控制,即上层对每相H桥单元总的电压u軈dc(三相的平均值)进行PI控制,使其维持在给定值u*dc,下层采用基于有功电压矢量叠加的平衡控制原理,对每个H桥单元的调制波进行修正[15]。
3.2 谐波分频控制方法
针对大功率领域对开关频率限制,本文采用载波移相SVM调制技术,可使装置的等效开关频率提高16倍,达到9.6 k Hz,满足采用谐波分频技术对20次以内谐波进行补偿的频率要求。由于三相三线制系统中不存在零序,本文只考虑正序和负序的特定次谐波如5次谐波是负序、7次谐波是正序,尖谐波等不在考虑之内。
特定次谐波分频控制框图如图3所示,iLa,iLb,iLc为负载端电流。特定n次谐波通过谐波同步正序旋转坐标变换,转化成直流分量,经过滤波提取,通过PI调节,实现该n次谐波无静差的跟踪控制。
完整的谐波电流控制环类似于图3,各次谐波分频控制输出的指令电压叠加组成总的三相谐波电压指令值u*cah,u*cbh,u*cch与基波无功电压指令值叠加,即特定次谐波与无功综合补偿指令值,如图2所示。由于所采用的谐波分频控制策略包含各次谐波电流控制环,需要大量的坐标换算,因此对控制器芯片的硬件要求较高,随着谐波电流控制环的增多,运算量也相应的增加,现有半导体芯片制造技术难以满足,故在使用中应当注意电流环数目的限制,优先考虑危害较大的那几次谐波。
4 载波移相SVM调制技术
载波移相SPWM调制技术在级联多电平逆变器中应用最为广泛,它实现了SPWM技术在大功率、多电平场合应用。将载波移相技术融合到两电平SVM调制技术中,可得到一种适合大功率级联STATCOM的空间矢量调制方法。SVM本质上也是一种规则采样PWM调制技术[17]。
在三相级联H桥主电路中(见图1)任意取出一级H桥单元,三相3个H桥单元组成一个层进行SVM控制,如图4所示。
应用时,每级三相H桥的3个左桥臂和3个右桥臂分别作为相邻的2个三相全桥进行SVM调制,它们的采样时间相隔TS/2(TS为PWM调制周期)。此外,对H桥右臂进行调制时,得到的触发信号正对应于Sx3。每相相邻的两级H桥单元同侧桥臂的采样时间间隔TS/2N(N=8),即可实现空间矢量调制在三相级联STATCOM中的应用。
本文采用文献[18]的快速简化算法(连续开关调制模式)来解决复杂的数学在线运算。
图5为级联STATCOM并网前载波移相单极倍频SPWM技术和载波移相SVM技术时输出线电压仿真波形及其频谱的对比(相同调制比M为0.9,其中SVM采用两电平连续开关调制模式[11],开关频率均为600 Hz);可以看出,采用载波移相SVM调制技术类似与载波移相SPWM调制技术,变流器单元PWM调制频率相同,开关负荷均衡,等效开关频率提高了16倍,直流电压利用率更高且易于数字化[16]。
5 系统仿真分析
采用Matlab/Simulink对6 k V级联STATCOM装置进行仿真分析。仿真参数如下:电网线电压有效值/频率为6 000 V/50 Hz,连接电抗器感值等效电阻为6.7 m H/0.15Ω,装置容量2.6 Mvar、单相级联H桥单元数为8级(如图1所示),每个H桥单元采用两电平SVM调制方式(连续开关模式),IGBT开关频率为600 Hz,直流电容容量额定电压为4 000μF/700 V。
5.1 基波无功动态补偿
在电网中投切1.2 Mvar(有功功率为1.2 MW)感性无功功率,在0.14 s时再次投入1.2 Mvar(有功功率为0.5 MW)冲击性负载(感性无功),0.24s时投入3 Mvar(有功功率为1 MW)的容性无功负载。STATCOM投入补偿前A相电压与电流波形如图6a所示(标幺值表示,电压基准值为相电压峰值,电流基准值为600 A)。图6b为补偿后A相电压、电流波形,装置能够在半个周波以内实现对突变负荷的动态无功补偿。图7、图8分别为装置的输出补偿电流波形和无功电流动态响应波形。
5.2 无功与特定次谐波综合补偿
本文采用的谐波分频控制策略能对电网20次以内的谐波电流进行抑制,仿真中先投入1.8Mvar感性无功功率,0.18 s时再投入电流谐波源(三相桥式二极管整流电路)。补偿前A相电流、电压如图9a所示;图9b为补偿后A相电压、电流波形,可以看出本文研制的STATCOM装置取得了较好的综合补偿效果。图10、图11分别为装置的输出补偿电流波形和补偿前后电网电流的频谱对比。
从图11中可以看出采用特定次谐波分频控制能够将20次以内谐波THD抑制在0.7%以内。
6 现场试验结果
本文所研制6 k V级联STATCOM,经一系列测试,在地面35 k V/6 k V变电站成功并网运行。图12的波形数据来自STATCOM的监控系统,图12a所示的实际电网电压中含有微量的低次谐波和不平衡电压分量,图12b为装置补偿前电网公共接点的电流波形,波形中含有大量的无功功率、20次内的低次谐波和微量的高次谐波;装置投入运行后电网公共接点处的无功功率得到了很好的补偿;图12c为补偿后的电流波形。公共接点处的功率因数在0.98以上,如图13所示。低次谐波电流也得到了很好的抑制,如表1所示。
7 结论
针对中高压大功率领域中传统补偿装置不能直接进行谐波补偿问题,研制了具备谐波抑制功能STATCOM装置,在控制策略上采用单独无功补偿控制环和单独谐波抑制控制环,互不影响。在谐波治理方面,采用了谐波分频控制方法,能够有效对20次以内的谐波进行补偿;在基波无功补偿方面,采用前馈解耦控制方式能够实现基波电流的有功、无功的解耦控制。H桥级联结构,使装置省去了耦合变压器的设计,通过连接电抗器直接并入电网,降低了系统设计成本,减少了占地面积;载波移相SVM的调制方式能够提高装置的等效开关频率、提高输出电压波形质量;最后的仿真实验结果表明该STATCOM装置能够对电网公共接点进行有效无功与谐波综合动态补偿,具有广阔的工业应用前景。
功能补偿 篇2
从翻译的文化功能看翻译中文化缺省补偿的原则
文化缺省是指作者在与其意向读者交流时双方共有的相关文化背景知识的省略.本文旨在探讨翻译中文化缺省补偿的一个原则:使译文读者获得文化探索的享受.翻译的文化功能决定了翻译在建构异国文化中起着重要的作用并对目标文化具有深远的.影响.从文化交流的角度看,译者的重要任务是把原文中的文化信息传达给译文读者.因此,在补偿译文读者的文化缺省过程中,译者应尽力使译文读者获得原文的文化信息,但不能因补偿过量而使译文读者失去获得文化探索享受的机会.
作 者：王大来 作者单位：温州大学国际关系学院,浙江,温州,325035刊 名：外语研究 PKU CSSCI英文刊名：FOREIGN LANGUAGES RESEARCH年，卷(期)：“”(6)分类号：H315.9关键词：图示 文化缺省 翻译的文化功能,文化补偿
功能补偿 篇3
熟练地掌握并运用数控刀具半径补偿指令,可以有效地提高编程速度和数控加工精度。
1刀具半径补偿的意义
数控铣床、数控车床或加工中心在进行工件加工时。零件的实际轮廓轨迹与刀具中心运动轨迹之间的偏移量就是刀具半径补偿。如图1:刀具补偿示意图所示,图中实线表示的方形零件为所加工的零件轮廓线,实线外侧和内测的两条虚线,分别表示从外部加工该零件轮廓和从内部加工该零件轮廓,机床刀具中心所运行的轨迹。机床所加工的零件轮廓与机床使用的刀具中心运动轨迹正好相差一个刀具半径r的值。当加工零件外轮廓时,如果刀具向左运动则为右刀补,使用G42指令;反之刀具向右运动则为左刀补,用G41指令;当加工零件内轮廓时,如刀具向右运动即为右刀补,使用G42指令,反之向左运动即为左刀补,使用指令G41。当主轴为正向转动时,为了对加工工件进行顺铣,这时内外轮廓加工都采用左刀补指令G41。 通过G41 G42这两个刀具半径补偿指令的使用,在数控编程加工中就只需要计算出刀具中心运动轨迹的起点坐标,避免了编程工作中对刀具运动轨迹的繁琐计算,从而实现工件的粗加工、精加工,均使用统一程序的目的。
1)简化编程
在数控编程加工中,利用刀具半径补偿指令后,加工轨迹就可以按照所加工工件的外轮廓进行计算编程,不用再计算刀具中心运动轨迹,大大简化了编程计算过程。加工程序准确描述外轮廓轨迹即可,加工过程中遇到刀具更换情况,只要调用不同的刀具半径R来进行修订既可,加工程序依旧可以按原来的程序。这就避免了编程过程中的重复计算,使得编程得以简化。
2)刀具变化更灵活
在成产加工过程中,机床刀具的磨损、重磨经常发生,在加工零件的不同结构需要使用不同的刀具,刀具的更换在复杂零件的加工中也是非常频繁。有刀具半径补偿功能的话,当刀具重磨、磨损和更换时就必须对程序参数进行重新修订,这无疑增加了大量工作量。
零件在自动加工过程中,由于磨损刀具的半径在不断变小,如果不及时更换刀具或者修正编程参数,加工的工件外形尺寸就会超出图纸要求的公差范围,使得产品尺寸不符合加工要求,成为废品,不能满足使用要求,增加了生产成本。
举例说明:如机床刀具的原始半径为r,随着生产加工的使用,刀具产生磨损,与原始尺寸相比刀具磨损量为δ,则此时刀具实际半径就应为r-δ,使用了刀具补偿指令后,在加工过程中不用对原程序参数进行修改,就可以继续满足加工要求,继续使用。同样,当更换刀具时,由于新刀具半径与旧刀具半径不同,利用刀补系统,将新刀具半径替代就刀具半径就可以使用加工程序继续加工零件,这样就可以很好地适应刀具的各种变化,以实现不改变加工程序原始参数即可完成零件的加工要求。
3)利用同一程序完成粗、精加工过程
利用刀具半径补偿的功能还能轻松实现同一程序进行粗、 精加工。理解了刀具半径补偿的意义后,我们就能针对刀补的意义将功能予以扩展。例如,在加工过程中将刀补半径设置为不等于刀具半径,而是等于刀具半径加上精加工余量,这样第一次切削完成即完成了工件的粗加工,在处理粗精加工的时候可以将预设的刀具半径r输入作为刀补半径。这样就可以实现使用同一加工程序,采用同一刀具利用过修改刀补的办法实现对工件轮廓的粗、精加工;同时也可通过修改半径补偿值获得所需要的尺寸精度。
例如加工如图2所示工件,刀具半径r加上粗加工加工余量Δ,设置为刀具补偿半径进行加工,加工完毕后,就完成了工件的粗加工阶段。进行精加工的时候就可以直接以刀具半径r作为补偿值作为刀具补偿参数进行加工。这样就以同一程序就完成了粗加工和精加工,大大简化了数控加工编程过程。
2刀补指令的执行过程
刀补的建立:在加工程序段中包含有G41、G42指令时,数控系统即建立刀具补偿状态。当下列条件得以成立时,数控铣床将以移动坐标轴的形式开始刀具补偿动作。
1)指令G41或G42被指定;
2)在刀具补偿的加工平面内有轴的移动;
3)指定一个补偿号;
4)偏置补偿的加工平面被指定或已经被指定;
5)G00或G01的模式有效。
刀具补偿功能持续范围:当刀具补偿命令开始执行起,刀具的中心运动轨迹就沿着与加工工件轨迹相差一个刀具半径的轨迹运行,直到加工过程技术为止。在这个加工过程中半径补偿在G00、G01、G02、G03的情况下都是有效指令。
取消刀具补偿:加工过程中可以使用G40指令取消程序中的的偏置值,这时,刀具中心回到加工起始点位置,离开被加工的工件。程序结束刀具中心轨迹与编程加工轨迹重合。以下两个条件当有一个触发时,加工中心会将补偿模式取消。1指令G40给出时,补偿平面内有坐标轴的移动。2刀具补偿号为D00。
3注意事项
1)加工平面上增加刀具补偿时,必须在该工件未加工轮廓时有在该加工平面的移动,并道具移动距离要大于刀具半径r。
当切削加工即将开始时,在XOY平面或与XOY平面平行的坐标平面上,加上刀具半径补偿参数,即刀具脱离工件的加工位置。随后再沿着Z轴的方向进行加工,在加工程序编写时重点注意加工程序的结构,以保证不会产生过切现象,当程序运行结束可以获得精确的工件加工轮廓。
图3工件坐标系,如图中所标示内容,在与XOY平面相平行的坐标平面内,以及XOY平面内,利用刀具半径补偿指令, 对工件进行加工,起点位置坐标(0,0,100),也即刀具中心移动轨迹起点位置坐标。这时当加工开始,刀具移动接近加工工件和切削工件开始时,刀具中心会产生沿Z轴方向的位移。此时如果程序结构出现错误,系统就会产生过切现象,并且系统不会报警停止。从而使得产品报废。如下程序列所示:
在与XOY平面平行的平面内以及与XOY平面开始建立刀具半径补偿时,如果Z轴产生了2段连续的移动命令,就会使得刀具产生完全不正确的补偿位置。本程序的刀具补偿自N50程序段开始,这时的数控操作系统仅读取后面的两个程序段, 但N60、N70两个程序段均是由Z轴移动指令,这时系统缺少XOY平面内的坐标,从而导致数控系统无法给出下一步刀具补偿的正确矢量方向。并且此时机床系统不会报警,刀具半径补偿继工作持续进行. 但N50程序段开始工作后,导致切削刀具的中心线轨迹的目标点发生了变化,此时工件产生了过切现象。为避免过切,在建立刀具半径补偿之前,应将刀具停留在一个不会产生干涉的位置。先将刀具沿Z轴方向快速运动靠近工件,最后再按进给速度调整刀具的切削深度。
为避免过切现象产生,上述程序段应做如下修订:
2)当使用刀具补偿时应避免过切削现象:在刀补命令正式使用和程序中结束刀补指令功能结束时,刀具必须在补偿的加工平面内移动,并且移动距离万不可大于刀补值。如果加工的产品是一个内圆弧工件。为保证不产生过切现象,必须保证刀具半径R要小于内圆弧半径。如果刀具半径R大于加工刀具的实际尺寸,就会产过切现象。
3)在G02、G03指令下取消刀具补偿值,加工程序会出错, 产生过切。刀具补偿应在G00、G01指令模式下取消;如果在G02、G03指令模式下取消刀补时,系统会报警提示错误。在G00、G01指令模式下使用可以使用G41、G42、G40。不能重复使用G41和G42指令,否则在刀具补偿的两句连续的指令作用下就会产生过切。
4)各指令要求
其中D00 - D99指令是建立刀具补偿号指令,D00指令是取消刀补。
4结论
刀具半径补偿的内容,在数控教学中非常的重要,以来因为刀具半径补偿参数在数控加工控制理论中的使用十分广泛。熟练的应用刀具半径补偿的原理,灵活的使用刀具半径补偿功能,既可以保证数控加工的准确性、高效性又可以极大的缩减数控加工编程和计算的工作量,但在使用刀具补偿功能时要注意机床的硬件条件和工件加工轮廓的几何面过度处,以避免产生过切和切削不足等加工问题,提高工件的加工精度。
摘要：在《数控编程》课程中,数控系统的刀具半径补偿是一个重点内容也是难点内容。刀补是由计算机在数控系统中自动完成的。数控系统在加工过程中会根据刀具运动的方向和零件轮廓尺寸,依据指令(G40,G41,G42),系统通过机床刀具实际半径计算出刀具的中心运动轨迹,从而完成零件加工。刀具半径补偿在数控加工过程中的过程为:建立刀具补偿建立——维持刀具补偿——撤销刀具补偿。能够理解,并在数控加工编程中注意合理运用,就能避免过切现象,在数控加工过程,刀具补偿使得编程更加的灵活和简便。
关键词：G40,刀具补偿,过切现象,数控编程
参考文献
[1]林其骏.机床数控系统[M].北京:中国科学技术出版社,2005.
[2]刘跃南.机床计算机数控及其应用[M].北京:机械工业出版社,2005.
功能补偿 篇4
一、工业测量系统的定向解算
工业测量系统的定向解算, 即是通过对定向观测值进行平差计算, 解算出各测站的空间位置及其姿态角 (称为测站参数) 。上述测站参数需要在一个统一的坐标系下来表述, 在工业测量系统中称该统一坐标系为“测量坐标系”, 其定义由软件设计人员自由定义或依据实际情况定义, 其X O Y平面一般为第一台仪器的度盘平面, 将其称为“水平面”, 它是否真正水平取决于第一台仪器是否严格水平。测站参数包括位置参数Xi, Yi, Zi和姿态参数Rxi, Ryi, Rzi, 实际上每一个测站形成了一个坐标系, 称“测站坐标系”, 一般定义为:原点为该台仪器的三轴中心, X轴正向为该仪器的零度盘方向在其度盘平面上的投影, Z轴为该仪器的竖轴方向, 向上为正向, 按右手规则确定Y轴。因此, 定向解算的目的实际上是求解各测站坐标系与测量坐标系的关系, 包括平移参数 (仪器位置参数) 和旋转参数 (姿态参数) 。旋转参数R xi, R yi反映了每台仪器度盘平面相对于“水平面”的倾斜状况。
二、补偿功能开或关与测站参数解算的关系
一般情况下通过脚螺旋整平仪器的办法不可能使仪器严格水平。由于仪器都带有电子补偿功能, 因此当仪器倾斜在一定范围内 (一般小于3′) 且打开了仪器的电子补偿功能时, 可以通过电子补偿得到仪器在水平状态下的水平角和垂直角, 此时相当于仪器是严格水平时测得的水平角和垂直角。
因此, 当打开各台仪器的电子补偿功能时, 认为仪器是严格水平的, 在定向解算过程中应固定旋转参数Rxi, Ryi为零, 也即强制仪器水平, 用带有条件的参数平差进行解算。相反关闭各台仪器的电子补偿功能时, 定向解算中则不应强制仪器水平。
当多台仪器中有部分仪器打开或关闭补偿功能时, 由前面测量坐标系X O Y平面的定义, 其他仪器是否“水平”实际上是相对于第一台仪器而言的, 因此第一台仪器补偿功能是否打开很重要。如果第一台仪器补偿功能打开, 也即第一台仪器严格水平, 则其他某台仪器补偿功能打开时, 解算中应强制该台仪器水平, 相反某台仪器补偿功能关闭时, 解算中应不强制该台仪器水平。如果第一台仪器补偿功能关闭, 也即第一台仪器未严格水平, 则无论其他某台仪器补偿功能是否打开, 解算中都不应强制该台仪器水平。
综上所述, 从定向解算是否要求强制仪器水平的角度来看, 如果要强制仪器水平, 则必须打开第一台仪器和所强制仪器的补偿功能。如果不要求强制仪器水平, 则建议关闭仪器的补偿功能, 仪器的倾斜参数可以通过定向观测和解算来准确求得。
三、不同测量条件下补偿功能的开或关
当仪器的补偿功能打开时, 经补偿改正后的角度
因此当补偿功能打开时, 角度测量误差除电子度盘传感器测量误差外, 还包含垂直轴倾斜测量误差, 尤其在俯仰角很大的情况下 (在工业测量中常常遇到) , 该项误差影响更明显;而补偿功能关闭时, 则不包含垂直轴倾斜测量误差。所以关闭补偿功能有利于提高角度测量精度 (当然此时的水平角和天顶距是以度盘平面为基准的, 不以水平面为基准) , 而仪器倾斜参数通过定向观测和解算求得。
在进行实际测量中, 如果测量环境较好, 如没有振动、没有较大环境条件变化, 在较长的测量时间内仪器处于稳定状态 (仪器倾斜姿态不发生变化) , 建议关闭仪器的补偿功能。但当测量条件较差, 如有振动或仪器不均匀受热等因素, 经过较长测量时间, 仪器的倾斜状态将会发生变化, 此时建议打开仪器的补偿功能, 可以通过电子补偿, 始终保持仪器的水平状态。
四、实验数据
我们在实验室内测量环境稳定的条件下进行了三组数据测试实验 (实验中采用三台仪器构成系统) 。第一组实验, 仪器未整平 (倾斜量约30秒) , 补偿功能关闭;第二组实验, 仪器未整平 (倾斜状态与第一组同) , 补偿功能打开;第三组实验, 仪器精确整平 (倾斜量小于2秒) , 补偿功能打开;三组实验中, 仪器未搬动位置。每组实验定向完成后, 分别测量了五个点 (三组实验中该五点完全相同) 和四个基准尺位置 (三组实验中该四个位置基本相同) , 表1、2为误差统计结果。表1分别对三组实验中所测量的五个点的点位误差进行统计。
从表1误差比较可以看出, 当补偿功能打开时, 无论仪器是否精确整平, 测量的点位误差相当, 而补偿功能关闭时, 点位误差略小于补偿功能打开的情况。因此, 在稳定的测量环境下, 关闭补偿功能有利于提高测量精度。
对于测量的四个基准尺位置, 每一个位置测量了基准尺的两个端点, 可以计算该两端点的空间距离, 同时基准尺长度是已知的, 表2列出了各组实验中, 计算的空间距离与已知基准尺长度的差值 (绝对值) , 该差值的大小一定程度上也反映了点测量误差。
上表2数据也表明, 补偿功能关闭时, 点测量精度较高。
综上所述, 当测量环境稳定的情况下, 关闭补偿功能有利于提高测量精度, 建议关闭仪器的补偿功能。而在不很稳定的测量条件下, 建议打开仪器的补偿功能, 可以始终保持仪器输出水平状态下的角度观测值。而在定向解算中, 需要正确处理好强制仪器水平与补偿功能开或关的关系, 从而保证高精度地获取测量结果。
参考文献
功能补偿 篇5
关键词：SIEMENS 840D数控系统,加工中心,绕度补偿
绕度补偿功能是西门子公司针对高级用户 (840D及以上系列) 开发的旨在提高两轴之间垂直度的精度补偿功能, 该功能不仅对机床精度有良好校正作用, 而且对机床磨损有很好的诊断作用。
一、绕度补偿
1. 补偿意义
大型数控机床多是拆卸运输, 现场重装, 进行进厂精度测试, 机械结构往往未磨损, 若测试时轴的绕度存在问题, 厂家调试人员也只进行机械调整, 不做绕度补偿 (绕度补偿比单轴补偿技术要求高、复杂) , 而且一般用户不知道系统此项功能。机床使用一段时间, 甚至经过二次搬迁, 机械磨损程度加大, 单靠机械调整不能完全满足其绕度精度要求, 只有绕度补偿和机械调整结合, 才能达到技术要求。
2. 补偿原理及适用范围
根据变形坐标轴移动位置, 将变形值自动补偿至另一坐标轴, 这样可最大限度保证相互垂直两轴的垂直度在一定范围内。重力作用造成机械结构变形, 或机床长期使用造成机械导轨磨损, 导致机械变形, 如龙门机床横梁、加工中心立柱和横轴等, 滑枕在横梁中部和两端, 横梁下垂是不一样的;落地镗床镗杆伸出和缩回时, 镗刀下垂也不一样;卧式加工中心立柱在上、下端时对横轴是不一样的;五轴加工中心立轴上、下端和横轴或纵轴是不一样的。
二、绕度补偿实例
贵州航天风华精密设备有限公司SAJO12000五轴加工中心服役将近7年, 二次搬迁后, 测量机床定位精度和重复定位精度均良好, 但加工一些复杂、较大型零件时精度较差, 达不到公差要求。测量机床各相关轴, 确认原因是机床有垂直度要求的任意两轴在垂直度方面存在误差, 此时仅对单个轴定位精度和重复定位精度进行补偿是不够的, 并且机械校正也不能消除该误差, 只有对所有轴进行绕度补偿, 确定是否需要修理机械导轨 (若不能通过绕度补偿修正, 则只能进行大修) 。
1. 补偿前的准备工作
(1) 确认NCU版本号。有些840D系统不具有绕度补偿功能, 只有NCU版本号是561.4、571.4、572.4、573.4、573.5的才有该功能, 因此要首先确认NCU版本号。可查询系统NCU单元的PCMCIA卡或向机床制造商索取, 本例NCU版本号是571.4。
(2) 测试几何精度。用激光干涉仪对单个轴定位精度、重复定位精度进行测试, 这两项精度满足要求, 才能对相互垂直的轴进行绕度补偿, 否则不能进行 (一台数控机床的直线精度都不能满足要求, 则其绕度精度肯定达不到要求) 。
2. 数据测量
在此仅以机床X轴和Y轴绕度补偿为例, 其他垂直轴绕度补偿类同。X轴是横梁轴, 当X轴运行至横梁中间时, Y轴下沉20μm, 测量相关数据, 记下误差值, 对应关系见图1。
3. 绕度补偿
若机床中有相关补偿文件, 可如下操作:进入系统主菜单→SERVICE→DATAOUT→DISK→NC (有效的NC备份文件) →START→YES, 查看软盘是否有以下格式程序, 如有则只要修改补偿值即可 (其余不用修改) , 如没有则用计算机文本文件编辑以下格式程序。
将补偿好的程序输入软盘, 做如下操作:进入系统主菜单→SERVICE→DATA IN→DISK→选中补偿程序的文件名→START→YES, 程序将自动加载进NCK系统 (注意不要将文件拷贝至系统) , 此时补偿值进入系统, 当轴重新回机械参考点, NCK复位后补偿值生效。进入系统主菜单→DIAGNOSTICS→SERVICE DISPLAY→SERVICE AXIS可查看绕度补偿是否生效, 见图2箭头指示, Compensation sag+temperature含义是带有温度补偿的绕度补偿, 因此最好在恒温房间进行测量, -0.00800mm是系统自动生成的修正值。文件加载前, 记下曲线框的值, 以便确定补偿是否有效, 如该值和补偿值不同, 说明补偿生效。
重新对补偿后的X、Y轴进行绕度测量, 确定补偿值是否正确及是否需要进一步修正。经测量, X、Y轴垂直度有很大改善。
功能补偿 篇6
随着现代医学的发展,一门新兴的边缘学科———睡眠医学作为现代医学的一个重要组成部分正逐步建立、发展起来,并受到了广泛关注。其中,由上呼吸道阻塞引起的“阻塞性睡眠呼吸暂停综合症”是一种潜在的致死性疾病。其特点是:睡眠时,上呼吸道阻塞导致进行性缺氧、酸中毒、呼吸困难,造成白天嗜睡、头晕、头痛、记忆力减退、乏力、反应迟缓等症状。呼吸道停止气流达10 s以上即可被诊断为“呼吸暂停综合症”[1]。因此,如何有效地检测呼吸气流的存在与否成为诊断“呼吸暂停综合症”的关键。
人们提出了多种检测呼吸信号的方法。
(1)压力法[2]。通过压力传感器检测人的口、鼻腔处的压力变化来检测呼吸信号。该方法需要高灵敏度的压力传感器,且容易受到人体振动的影响,故一般不予采用。
(2)阻抗法。该方法通过在人体特定皮肤处安置阻抗电极测量呼吸信号,容易引起人体的不适,也不常用[1]。
(3)用流量传感器获取呼吸信号。该方法包括压电式流量计、光脉冲计数等不同种类,如瑞典的Engstrom medical AB公司的系列呼吸机,国产的KTH-5全能呼吸机等均属此类[2]。
(4)热释电式睡眠呼吸暂停监测方法[3,4]。选用热释电传感器来监测呼吸信号,将热释电传感器固定在口鼻附近,呼吸气流辐射的能量到达热释电传感器后,传感器将受到的热辐射信号转换为电信号从而得到呼吸信号。
吴萍等学者提出了一种利用硅二极管PN结温度特性进行呼吸信号检测的电路[5],具有结构简单、成本低廉等优点,但同时也存在不适应环境温度变化、误检率较高等缺点。本文首先对该电路方案进行分析,针对该电路的缺点提出了一种改进的呼吸信号检测电路。
2 电路工作原理
吴萍等学者提出的检测电路(见图1)主要由比较器和阻容元件等组成。它将硅二极管D1作为呼吸信号检测元件,电位器W1用以调整获取电路工作所需的基准电位。
人体的正常温度是37℃,二极管能接收到的人体呼吸的温度一般在33℃。环境温度为25℃时,人体呼吸的温度相对环境温度的最大变化量是8℃。二极管的温度系数一般为-2 mV/℃,因此D1上电压最大变化量是16 mV。将电位器调整到基准电压为592 mV(此值应根据实际情况调整),加到比较器的同相端,二极管检测到的呼吸模拟信号加到比较器的反相端。电路工作时,将二极管放置在靠近人体鼻孔的位置。患者呼吸时,二极管检测到气流温度发生变化,其两端的电压也发生变化,即产生呼吸模拟信号。模拟信号与调整好的基准值的交点即信号的跳变点,经比较器电路输出数字信号,该信号就是检测到的呼吸信号。波形变化见图2。
该电路的工作实质是通过二极管检测呼吸气体的温度变化,二极管结电压随呼吸气流变化,比较器输出高低变化的脉冲,从而得到呼吸信号。假设环境温度在25℃时,人体的正常温度是37℃,人体呼出气体的温度为33℃,该变化量与比较器的正端基准电位进行比较,温度相对环境温度的最大变化量是8℃。假设二极管结电压在环境温度25℃时为600 mV。当呼出热的气流时,气流温度为33℃,二极管的结电压降低到600 mV-2 mV/℃×8℃=584 mV,比较器的负端电压小于正端电压,输出高电平;当患者吸气时,气流温度为环境温度,即25℃,二极管的结电压为600 mV,比较器负端电压高于正端电压,输出低电平,这样就检测到了1次呼吸信号。
但通过仔细分析可以发现:该电路将基准电压通过电位器调整到一个固定的电位,极易受到电源电压波动和环境温度的影响,可能检测不到呼吸信号。例如:当环境温度达到33℃时,即使没有呼出气流,二极管的结电压也会达到600-16=584(m V),比较器输出端将一直输出高电平,有可能造成检测不到呼吸信号,使该电路的适用环境受到限制。
3 具有温度和电压波动补偿功能的呼吸信号监测电路
针对以上呼吸信号检测电路的不足,我们提出一种具有温度、电压双重补偿功能的呼吸信号检测电路,其电路原理如图3所示。
与原电路相比,该电路的基准电位不再依靠调整电位器设定在固定电平上,而是将D1结电压作为基准电位,外加与D1特性相同的D2作为呼吸气流温度检测元件。电路的工作原理分析如下:电阻R1(4.3 kΩ)、二极管D1组成基准电压产生电路;二极管D2为呼吸信号监测传感器,电阻R2(4.3kΩ)、电阻R3(2Ω)为D2提供工作电流。在5V的工作电压下,流过D1的电流约为:
因为电阻R3只有2Ω,所以流过D2的电流也近似为1 m A。这样,2个二极管的工作电流一致。若选择同一批次的二极管,则两者的结电压也基本一致,即Vt1=Vt2。此时,电阻R3上的压降约为2 mV。因此,比较器LM393的正端电位为Vt1+2 mV,高于负端2 mV。当没有监测呼吸气流时,确保输出为高电平。当监测到呼吸气流时,只要呼出气流温度大于环境温度2℃,呼吸信号监测传感器D2上的结电压将会下降2 m V/℃×2℃=4 m V。这样,比较器的正端电位为Vt1+2 mV-4 mV,小于负端电位,输出低电平,即监测到1次呼吸信号。
与原电路相比,该电路具有如下优点。
3.1 温度补偿功能
当环境温度降低时,例如降低到10℃,此时2个二极管两端的结电压都升高至600 mV+(25-10)×2 m V/℃,但比较器两端的电压因为2个二极管两端的结电压同时升高,且升高相同值,所以比较器输出电压将不受任何影响,仍能检测到呼吸信号。
3.2 电压补偿功能
当电源电压产生波动时,2个二极管D1、D2的结电压同时产生相同方向的波动。因此,加在比较器同相和反相端子的电压同时升高或降低,但不会产生明显的变化。
比如,正常工作电压为5 V,当电压值突然升高到6 V时,流过2个二极管的电流约为1.23 m A,2二极管的结电压按同样规律变化,而电阻值为2Ω的电阻两端电压为2.5mV,即比较器正端电压比负端电压高2.5 mV,比较器仍将输出高电平,但不会对呼吸信号的检测产生大的影响。
3.3 电路设计结构简单,无须手动调整工作点
我们分别对两套电路在空调房间进行测试。
第1步,调整室温至25℃左右。仔细调整原电路工作点,使其能正常工作,本文电路无需调试。分别将两套电路的测温二极管放在被测人鼻孔下方3～4 cm处。被测人均匀呼吸,通过万用表测量两电路的输出电平变化,两电路均可以正确检测到呼吸信号。
第2步,控制室温升高至30℃左右,再次测量两电路输出电平。可以发现,原电路误检率明显增大,而改进电路仍然可以正确检测呼吸信号。把室温降低时同样会出现这种现象,说明改进电路更适应环境温度变化。但是,当环境温度继续升高至35℃(接近人体温度)以上时,由于设计原理的原因,改进电路的误检率也逐步升高。
4 结论
由于非温度补偿功能的呼吸信号监测电路容易受环境因素以及电源波动的影响,我们提出并设计了一种具有温度和电压波动双补偿功能的呼吸信号检测电路。该电路不仅具有温度补偿的功能,而且不受电源波动的影响,且电路设计结构简单,无须手动调整工作点。根据实验结果,环境温度接近人体温度时,该电路的可靠性也会下降,有待进一步改进。
参考文献
[1]戚建新,郭群恩,董苑.阻抗法检测呼吸信号的电路设计[J].医疗卫生装备,1998,19(3):4-6.
[2]朱兴喜,彭红,戚仕涛.呼吸信号的获取方法[J].医疗设备信息,2003,18(3):38-40.
[3]盛煜,马华红,陈建华,等.基于集成射频平台的睡眠呼吸暂停无线监测[J].北京生物医学工程,2005,24(2):116-119.
[4]吴海锋,许锋,陈建华,等.热释电式睡眠呼吸暂停监测[J].红外技术,2004,26(1):31-33.
功能补偿 篇7
负载敏感多路阀原理如图1所示。主阀芯1是一个液控或电控的比例方向节流阀,二通压力补偿阀2是一个定差减压阀,这样二者便组成了我们通常所说的调速阀。负载敏感多路阀可使多个执行元件在不同速度和压力下同时独立工作,还可以使负载的运动速度不受压力影响,只与阀口开度相关。
在实际应用中,负载敏感多路阀可以多联组合使用,系统原理比较复杂。为便于描述,本文以双联多路阀为例说明其工作原理,其中1个用结构简图表示,另1个为职能符号,如图2所示。
泵的供油压力Pp经过二通压力补偿阀3的节流口X后,压力降为P1,然后再经过节流阀2,压力降为P2。同时,压力P1作用于二通压力补偿阀的阀芯右腔,压力P2作用于阀芯的左腔,这样阀芯在向右的液压力F1、弹簧力Fs和向左的液压力F1共同作用下,处于某一平衡位置。其阀芯压力差计算如下:
1.主阀芯2.二通压力补偿阀
式中:
A——阀芯面积,且左右相等
因弹簧刚度较低,且在实际工作过程中阀芯的位移导致的弹簧变形量较小,故弹簧力FS基本不变,即△P约等于常数。如果负载压力P2变大,阀芯因失衡而右移,阀口X变大,减压作用减小,P1随之增大,又将阀芯向左推移,直至达到新的平衡位置。若P2增加,P1也增加,其压力差△P基本保持不变,反之亦然。
由此可见,二通压力补偿阀可以保证节流阀进、出口两端的压力差△P恒定。节流阀的流量与负载大小变化无关,而只与节流阀的开口度成线性关系,此即为调速阀的基本特性。
如图2所示,当多个执行元件在不同压力和速度下工作时,假定负载1小于负载2 (P1
值得注意的是,负载敏感泵的实际供油压力是由最大负载压力决定的,当负载2增大时,其供油压力Pp随之增大,负载1二通压力补偿阀的进口处压力也增大。如果仅从这一点看,负载1的流量将会增大,但在初始状态下,由于二通压力补偿阀阀芯响应延迟,P1在瞬间增大将向左推动阀芯,使阀口X变小,减压作用增强,从而导致P1再次减小,最终阀芯在新的位置恢复平衡。由于△P不变,通过节流阀的流量恒定,所以负载1的速度不变。
1.梭阀2.节流阀3.二通压力补偿阀4.负载敏感泵5.液压缸
功能补偿 篇8
数控机床加工中,使用刀具半径补偿功能,能减少数控编程中的繁琐计算,为程序编制提供方便。有刀具半径补偿功能的数控系统,编程时不需要计算刀具中心的运动轨迹,只按零件轮廓编程。然而,在加工中使用刀具半径补偿功能时,可能造成加工过切现象,影响到工件加工质量。下面就刀具半径补偿功能及在实践中常遇到的几种过切现象进行讨论。
1刀具半径补偿的功能
在切削过程中,刀具位置是以刀具中心为基准表示的,为了保证加工出所需的轮廓,刀具必须偏移实际轮廓一个刀具半径值,这种偏移称为刀具半径补偿。
1.1 刀具半径补偿的过程
图1为刀具半径补偿的工作过程,其步骤如下:
(1)刀补建立。刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏移一个偏差量的过程。
(2)刀补进行。执行G41、G42指令的程序段后,刀具中心始终与编程轨迹相距一个偏置量。
(3)刀补取消。刀具离开工件,刀具中心轨迹过渡到与编程轨迹重合的过程。
1.2 刀具半径补偿的使用特点
刀具半径补偿的使用特点如下:
(1)刀具因磨损、重磨、换新刀而引起直径改变后,不需修改程序,只需更改刀具参数的直径值,见图2,其中:r1为未磨损刀具半径;r2为磨损后的刀具半径。将刀具参数库的刀具半径值由r1改为r2,即可采用同一程序进行加工。
(2)应用同一程序、使用同一尺寸的刀具,利用刀具补偿值可以进行粗加工和精加工,见图3,其中:r为刀具半径;Δ为精加工余量;P1为粗加工刀具中心位置;P2为精加工刀具中心位置。粗加工时,输入刀具直径D=2(r+Δ),则加工出虚线轮廓,预留出精加工余量Δ;精加工时,输入D=2r,则加工出实际轮廓,即工件实际尺寸。
(3) 利用刀具补偿值可以控制轮廓的尺寸精度。由于刀具直径的输入值可精确到小数点后2位～4位(0.01～0.000 1),所以可以用来控制轮廓的尺寸精度,见图4,图4中:P1为原来的刀心位置,P2为修改刀补值后的刀心位置。单面加工时,若测得尺寸L偏大a值(实际轮廓),则可将原来的刀补值D=2r改为D=2(r-a),即可获得尺寸L(虚线轮廓)。
2刀具半径补偿常见的过切现象规避
2.1 加工内轮廓夹角小于90o的面
加工内轮廓时,若内轮廓两直线夹角小于90o,采用半径补偿指令手工编程,会产生过切,见图5。出现这种情况,可以通过减小编程刀具直径等措施消除尖角,以避免引起过切。
2.2 加工小于刀具半径的内圆弧面
当程序指令中的圆弧半径小于切削刀具的半径时,如果进行内圆弧面切削会产生过切,见图6(a)。对于加工内圆弧面,只有在圆角半径R大于刀具半径的情况下,才能正常切削,见图6(b)。
2.3 刀补建立或取消时程序轨迹方向不当引起过切
在刀补建立或取消时,经常由于程序轨迹方向不当而发生过切,见图7,当刀具由点Ps建立刀补或取消刀补回到点Pe时,若a>180o,刀具轨迹与工件轮廓会发生干涉而产生过切。调整Ps、Pe的位置,见图8,使刀补建立或取消时的a≤180o,从而避免过切。
摘要：刀具半径补偿是数控加工中一个常用的指令,合理使用刀具补偿功能在数控加工中有着非常重要的作用,就刀具半径补偿功能及在数控加工中进行刀具半径补偿时常见的过切现象进行了讨论。
关键词：数控加工,刀具半径补偿,过切
参考文献
[1]陈洪涛.数控加工工艺与编程[M].北京:高等教育出版社,2003.
[2]全国数控培训网络天津分公司中心.数控编程[M].北京:机械工业出版社,1997.