四点接触球轴承真空跑合装置控制系统设计与实现

发布时间：2017-05-14 08:19

  本文关键词：四点接触球轴承真空跑合装置控制系统设计与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：四点接触球轴承跑合装置作为一个测试卫星零部件的设备，主要用于测试控制力矩陀螺用四点接触球轴承，在轴承装入整机前需要对其进行跑合。轴承内部的配合和摩擦力矩是轴承的重要技术指标，而轴承内部的配合和摩擦力矩受到多种因素的影响，而这些影响需要通过分析测试设备的跑合数据得出结论。本课题主要描述四点接触球轴承真空跑合装置控制系统的设计与实现。 本文首先论述了四点接触球轴承跑合装置的总体结构设计，给出了各个部件的功能描述和性能指标，并且选定了电子元器件的型号。在此基础上重点描述了四点接触球轴承跑合装置设计与实现中的两个关键问题：四点接触球轴承跑合装置的控制算法设计和上位机的软件设计。 在控制算法的研究中，针对四点接触球轴承跑合装置控制系统的实时性和高精度的要求，考虑了常规PID控制算法，经过实验发现常规PID控制算法在此四点接触球轴承跑合装置中不能达到满意效果，而后本文采用了一种模糊控制算法。由于四点接触球轴承跑合装置对系统的控制精度、响应速度、系统稳定性和适应能力有很高的要求，，而模糊控制算法综合了专家经验，不依赖于被控对象的精确数学模型，设计简单，抗干扰能力强，响应速度快，并且对系统参数的变化有较强的健壮性，从而使系统更加稳定可靠。通过对两种控制算法的对比实验，结果表明模糊控制算法具有很好的控制效果。 在作为人机接口的四点接触球轴承跑合装置控制系统的上位机控制软件的设计上，本文提出了基于有限状态机的C/S架构。这种架构能够提高数据的实时响应能力，使任务分离，模块化更好，具有良好的可扩展性，在数据处理过程中，采用了均值滤波的方式，此算法速度快、设计简单，并且减弱了信号的随机误差，适合在工控机中使用。
【关键词】：四点接触球轴承跑合装置 常规PID控制 有限状态机 数据采集 数字滤波
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH133.3;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 课题来源9
• 1.2 课题研究的目的和意义9
• 1.3 国内外研究现状9-11
• 1.4 论文的主要内容11-13
• 第2章 四点接触球轴承跑合装置的总体结构13-18
• 2.1 四点接触球轴承跑合装置的整体结构框架13-14
• 2.2 跑合系统的性能要求14-16
• 2.3 电子元器件的选型16-17
• 2.3.1 驱动电机及减速器等选型16
• 2.3.2 加载力传感器及电机选型16
• 2.3.3 真空系统选型16-17
• 2.3.4 摩擦力矩检测选型17
• 2.3.5 元器件选型小结17
• 2.4 本章小结17-18
• 第3章 四点接触球轴承跑合装置的硬件设计与实现18-31
• 3.1 跑合系统的硬件组成及功能定义18-26
• 3.1.1 轴承安装模块18
• 3.1.2 轴承加载模块18-20
• 3.1.3 加载载荷测量模块20-21
• 3.1.4 摩擦力矩测量模块21-23
• 3.1.5 跑合驱动模块23
• 3.1.6 真空系统模块23-25
• 3.1.7 数据采集系统模块25-26
• 3.2 跑合系统的接口设计26-27
• 3.3 跑合系统的电磁兼容性设计27-28
• 3.4 跑合系统的可靠性设计28-29
• 3.4.1 跑合系统的安装可靠性设计28
• 3.4.2 跑合系统的硬件可靠性设计28-29
• 3.4.3 跑合系统的电源可靠性设计29
• 3.5 跑合系统的安全性设计29-30
• 3.6 跑合系统的维修性设计30
• 3.7 本章小结30-31
• 第4章 四点接触球轴承跑合装置的算法设计与实现31-46
• 4.1 跑合装置控制系统的组成和原理31-32
• 4.2 跑合装置控制算法设计32-39
• 4.2.1 传统 PID 控制算法32-36
• 4.2.2 模糊控制算法36-39
• 4.3 两种控制算法的实验39-44
• 4.3.1 阶跃响应分析曲线波动幅度大小41-42
• 4.3.2 正弦响应分析42-44
• 4.4 跑合装置实际性能分析44-45
• 4.5 本章小结45-46
• 第5章 四点接触球轴承跑合装置的软件设计与实现46-58
• 5.1 上位机软件功能46
• 5.2 有限状态机46-47
• 5.3 上位机软件总体结构设计47-50
• 5.4 上位机软件的数据采集50
• 5.5 上位机软件的数据处理50-51
• 5.6 上位机软件的安全设计51-52
• 5.7 通讯协议设计52-53
• 5.8 软件的性能分析53-57
• 5.9 本章小结57-58
• 结论58-59
• 参考文献59-64
• 致谢64

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