动态扭矩校准装置的角加速度测量

发布时间：2022-07-03 12:32

　　随着工业技术的发展,实现对轴转动角加速度的精准测量在机械动力设备的研制中起着越来越重要的作用。由于转轴的转动过程是一个高速旋转的过程,如何对转轴的角加速度实现非接触式的高精度测量,是角加速度测量过程中要解决的重要问题。根据动态扭矩校准的要求,本文对频率为10Hz的正弦变化的角加速度进行测量,测量不确定度要求达到0.5rad/s~2。为了实现对转轴角加速度的高精度测量,本文从角加速度的定义出发,提出了轴系双光栅和多路传感器的角度测量和补偿方案,通过测量角位移来求解角加速度,并对测量的角加速度进行不确定度分析。在测角环节,本文从测角误差产生原理入手,分析了因轴径向晃动和轴倾斜对测角造成误差的原理,提出了基于双读数头和多路传感器的测量方案。根据提出的测量方案,设计了动态角度测量系统,实现对光栅测得角位移和多路传感器测得的轴偏补偿量的同步采集,基于设计的STM32+FPGA双核处理器板卡和CPLD光栅数据采集卡,实现系统的下位机采集过程。在上位机,使用Visual Studio 2015软件,用C#语言进行控制界面设计。获取实验数据后,对测角数据进行傅立叶频谱分析并建立数学模型。采用非线性最小... 

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 角加速度测量研究现状
        1.2.2 角度测量研究现状
        1.2.3 动态信号测量研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 角加速度测量原理
    2.1 引言
    2.2 角加速度测量方案设计
    2.3 双读数头测角误差补偿原理
        2.3.1 圆光栅测角原理
        2.3.2 双读数头补偿光栅偏心误差原理
    2.4 多路激光传感器测角误差补偿原理
        2.4.1 轴倾斜产生测角误差原理
        2.4.2 激光位移传感器补偿测角误差原理
    2.5 本章小结
第3章 动态角度测量系统电路设计
    3.1 引言
    3.2 动态角度测量系统方案设计
    3.3 传感器的选择
        3.3.1 光栅传感器的选择
        3.3.2 激光位移传感器的选择
    3.4 动态角度测量系统的电路设计
        3.4.1 控制器电路设计
        3.4.2 CPLD光栅数据采集卡电路设计
        3.4.3 A/D模数转换卡电路设计
    3.5 动态角度测量系统硬件平台搭建
    3.6 本章小结
第4章 动态角度测量系统软件设计
    4.1 引言
    4.2 软件设计需求分析
    4.3 系统软件设计方案
    4.4 光栅数据采集模块软件设计
        4.4.1 CPLD采集光栅数据软件设计
        4.4.2 FPGA读取CPLD软件设计
        4.4.3 STM32 读取FPGA软件设计
    4.5 激光位移传感器数据采集模块软件设计
        4.5.1 FPGA采集AD软件设计
        4.5.2 STM32 读取FPGA软件设计
    4.6 同步信号发生模块软件设计
    4.7 上位机的界面显示
        4.7.1 与数据采集模块的通信
        4.7.2 与同步信号发生模块的通信
        4.7.3 数据波形的实时显示
        4.7.4 数据的保存与图表绘制
    4.8 本章小结
第5章 角加速度的测量不确定度分析
    5.1 引言
    5.2 实验数据采集
    5.3 角加速度函数表达式的求解
        5.3.1 角位移的傅立叶频谱分析
        5.3.2 基于非线性最小二乘的曲线拟合
    5.4 角加速度的误差不确定度分析
        5.4.1 基波的不确定度分析
        5.4.2 三次谐波的不确定度分析
        5.4.3 时间的不确定度分析
        5.4.4 角加速度不确定度计算
    5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
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[2]圆度误差的神经网络评定及测量不确定度研究[J]. 张珂,张玮,阎卫增,侯怀书.  机械科学与技术. 2019(03)
[3]新型负阶跃动态扭矩校准装置[J]. 马相龙,许光,赵志强,周民,蒋卫杰.  船舶工程. 2018(04)
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[5]基于FPGA脉冲计数的瞬时角加速度测量系统[J]. 周逸君,徐丽娇,吉小军.  中国机械工程. 2015(18)
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硕士论文
[1]动态转角控制系统的研制[D]. 郭吉星.哈尔滨工业大学 2018
[2]高精度圆光栅测角系统误差补偿技术研究[D]. 周彬彬.哈尔滨工业大学 2016
[3]转台校准设备研究[D]. 刘学峰.哈尔滨工业大学 2014
[4]惯性测试转台的圆光栅测角模块和摩擦补偿研究[D]. 吴敏.哈尔滨工业大学 2011
[5]高精度伺服转台关键技术研究[D]. 马国庆.哈尔滨工业大学 2010
[6]基于相位干涉仪测向算法的定位技术研究[D]. 梁双港.西北工业大学 2006



本文编号：3654850