卷盘式喷灌机水力驱动涡轮的性能测试系统

发布时间：2017-08-19 08:24

  本文关键词：卷盘式喷灌机水力驱动涡轮的性能测试系统

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【摘要】：水涡轮是一种将流体动能转换成机械能的动力机械,但水涡轮除了对效率有一定的要求之外,还要求具有宽幅的转速调节范围。作为卷盘式喷灌机的核心部件,水涡轮的性能特性决定了卷盘喷灌机驱动装置的动力转矩及输出水压的大小,对卷盘式喷灌机械的喷灌性能有着显著的影响,因此有必要对水涡轮的性能特性进行分析研究。由于涡轮内部流动状况的复杂性,尚没有较完整的理论模型,能够准确地描述水涡轮的动力特性,只能通过试验的方式,实测出在不同工况点下的水涡轮流量、进出口压力、功率、效率,转矩和转速等性能数据,并在大量实验数据的基础上,对水涡轮性能参数进行处理且采用最贴切的曲线拟合方法对性能数据进行曲线拟合、误差分析和精度计算,并将实验结果输出。但现有的水涡轮性能测试系统并不能完整的实现对水涡轮性能参数的同步采集、异常数据点的判别、在线曲线拟合及误差分析、实时显示及输出报表等功能。针对存在的问题开展的研究及结论如下:(1)通过对水涡轮测试需求的分析,围绕着水涡轮实验平台搭建了水涡轮性能测试硬件系统,并设计了信号转换电路及调理电路和相应的电源电路,解决了传感器的输出信号与LabVIEW数据采集卡的输入特性不一致的问题。该水涡轮性能测试系统能同时测量各性能参数的瞬时值并进行同步处理,避免了各参数之间数值不对应的问题,减少了对性能曲线的影响,提高测量数据的精度。(2)采用多项式拟合的方法对水涡轮的转矩、转速、流量、功率和效率等数据中存在的异常数值点进行辨识和修正,并设计了相应的LabVIEW程序。该方法能够有效的避免性能曲线由于异常数据点的出现而发生上翘或下摆的问题,减少外界环境对水涡轮性能曲线的影响。(3)针对差值拟合及最小二乘多项式拟合方法中存在的问题,对最小二乘多项式算法进行改进,设计了基于正交多项式的最小二乘拟合算法,并对拟合曲线进行了误差分析。并通过试验验证了基于正交多项式的最小二乘拟合算法的可行性,由误差结果得出该算法能够满足系统对曲线精度的要求,且对复杂的特性曲线具有较好的拟合效果。(4)利用LabVIEW提供的ActiveX技术,设计了试验报表生成程序,将水涡轮的性能参数、拟合曲线及试验结果输出到Excel表格中;在LabVIEW的前面板窗口设计了系统的操作面板好及显示界面,实时地将各参数的瞬时值、拟合曲线实时的显示在系统的操作界面上,为水涡轮性能测试系统创造了更好的人机交互环境。最后创建了水涡轮性能测试系统的项目文件,生成了应用程序及软件安装包,便于扩展程序的功能及其他测试系统使用。
【关键词】：水涡轮 性能测试系统 异常数值辨识 数据点修正 正交多项式最小二乘曲线拟合 报表生成
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK05
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-19
• 1.1 研究背景与意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-17
• 1.2.1 叶片机械性能测试软件的相关研究13-14
• 1.2.2 异常数值辨识研究现状14-15
• 1.2.3 叶片机械性能曲线拟合发展现状15-16
• 1.2.4 LabVIEW报表生成研究现状16-17
• 1.3 研究的主要内容17-19
• 第二章 水涡轮性能测试系统概述19-28
• 2.1 虚拟仪器技术概述19-21
• 2.1.1 虚拟仪器的基本组成19-20
• 2.1.2 虚拟仪器的特点20-21
• 2.2 Lab VIEW概述21-23
• 2.2.1 LabVIEW的结构21-22
• 2.2.2 LabVIEW的特点22-23
• 2.3 水涡轮性性能测试系统的结构23-27
• 2.3.1 水涡轮性能测试系统的组成23
• 2.3.2 水涡轮性能测试系统的测试需求23-24
• 2.3.3 水涡轮测试系统的总体结构设计24-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 水涡轮性能测试系统的硬件结构设计28-40
• 3.1 水涡轮性能试验28-30
• 3.1.1 水涡轮性能参数28-29
• 3.1.2 水涡轮试验台结构29-30
• 3.2 性能参数测量与采集设备30-34
• 3.2.1 数据采集卡30-31
• 3.2.2 电磁流量计31-32
• 3.2.3 压力传感器32
• 3.2.4 扭矩—转速传感器32-34
• 3.3 数据采集硬件电路设计34-38
• 3.3.1 电源设计35-37
• 3.3.2 信号调理电路设计37-38
• 3.4 系统硬件测试38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 水涡轮性能测试系统软件设计40-68
• 4.1 异常数据点的辨识与修复40-50
• 4.1.1 数据采集及存在的问题40
• 4.1.2 异常数值的判别方法及准则40-44
• 4.1.3 基于多项式拟合的异常数据剔除方法44-46
• 4.1.4 数据点修复46-47
• 4.1.5 异常数值辨识与修复软件设计47-50
• 4.2 水涡轮性能测试曲线拟合50-61
• 4.2.1 插值拟合与最小二乘拟合算法50-54
• 4.2.2 正交多项式最小二乘曲线拟合54-56
• 4.2.3 拟合函数误差估计56-57
• 4.2.4 软件设计与试验验证57-61
• 4.3 试验报表生成61-64
• 4.3.1 LabVIEW报表生成方法比较61-62
• 4.3.2 试验报表软件设计62-64
• 4.4 系统界面设计64-66
• 4.5 生成可执行文件66-67
• 4.6 本章小结67-68
• 第五章 总结与展望68-70
• 5.1 本文研究总结68-69
• 5.2 存在的问题及研究展望69-70
• 参考文献70-74
• 致谢74-75
• 作者攻读硕士学位期间参加的科研项目和发表的相关论文75

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