风机叶轮动平衡检测系统的研发与优化设计

发布时间：2017-03-29 22:08

  本文关键词：风机叶轮动平衡检测系统的研发与优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：风机叶轮是风机的重要组成部分,如果叶轮存在不平衡,风机工作是会产生剧烈的振动,轻则噪音非常大,重则可震断固定螺栓,造成设备损坏甚至人员伤亡。所以风机叶轮的动平衡非常重要,平衡后的叶轮在工作过程中,运行平稳,振动非常小。风机叶轮动平衡机是进行风机叶轮动平衡检测的高精密设备,检测系统涉及的学科、领域非常多,其中包括机械、电气、数字信号处理等。在之前一些年,国外技术一直保持垄断地位,近年我国也逐渐出现一些自主研发的国产检测设备,但是检测精度、重复性、检测原理、测试时间以及操作方面等较国外产品来说还比较落后,其中数据处理方法等方面还有很大发展空间。本论文是在实际项目的基础上,开发了一套包括工控机上位机、嵌入式下位机及信号转接板的控制系统,其中上位机是基于.NET的C#开发,主要工作包括以下：首先建立了系统的动力学模型,得出了系统的动力学方程。根据不同应用情况,实现了两种标定方式,一种是永久标定,操作方便,另一种是影响系数法标定,精度高,计算流程简化。推导了永久标定和影响系数法的解算公式。因为现场干扰比较多,在标定过程中会出现异常数据,而使K值的标定出现错误。K值如果错误,后面的计算会全部错误,针对这种情况,提出了最小二乘法的K系数标定方法,标定得到的K系精度提高,测试结果更加稳定准确。数据处理包括信号的滤波和对滤波后信号进行相位和幅值提取。讨论了用窗函数法设计FIR滤波器的方法,选择了主瓣较小的海明窗设计滤波器,发现海明窗函数滤波器效果良好且易于实现。分析了频域中离散傅里叶变换提取幅值和相位的原理和弊端。选用拟合方法在时域中提取不平衡量的幅值和相位。分析了三参数最小二乘拟合法的原理,最后考虑实现方便,选用matlab工具箱中带有的傅里叶拟合法对幅值和相位进行提取,取得了不错的效果。上位机用.NET的C#实现了PCI接口AD板卡数据采集,并且基于串口实现了与下位机嵌入式的数据通信。嵌入式下位机实现了基于定时方式的速度检测,并且设计了控制采样启停的逻辑电路、前端滤波的硬件电路PCB板的设计。通过wifi模块将测试结果发送到手机上,方便操作人员查看并进行相应操作。WiFi模块用的是USR-WIF1232-A, STM32通过wifi模块与手机连接,进行数据传输。App数据显示程序是基于eclipse平台开发,涉及到Wi-fi模块数据的读取和显示。在方案选型时,同时搭建了基于ARMDSP的双核嵌入式控制测试平台,设计生产了PCB并进行了焊接调试,底层驱动程序已经调试完成。未来会继续嵌入式测试方案的研究。风机叶轮动平衡检测设备对于风机生产企业至关重要,并且检测系统涉及到的数据处理算法等可以应用于其他的检测领域,同时也作为其他类零件动平衡检测系统开发的重要借鉴,因此本论文的研究具有非常重要的现实意义和理论意义。
【关键词】：风机叶轮 动平衡 信号处理 WI-FI STM32
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH877
【目录】：

• 摘要11-13
• ABSTRACT13-15
• 第1章 绪论15-21
• 1.1 课题提出的背景和意义15-16
• 1.2 动平衡技术国内外发展历史和现状16-18
• 1.2.1 动平衡测试方法的发展16-18
• 1.2.2 动平衡机国内外发展现状18
• 1.3 本论文研究的主要内容18-21
• 第2章 动平衡机动力学建模及标定方法研究21-31
• 2.1 叶轮-支撑的动力学建模21-24
• 2.2 动平衡检测系统解算方法研究24-30
• 2.2.1 动平衡检测系统永久标定原理24-26
• 2.2.2 动平衡检测系统影响系数法标定原理26-28
• 2.2.3 最小二乘法K系数标定28-29
• 2.2.4 静偶不平衡量分解29-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第3章 不平衡量测试数据处理31-43
• 3.1 滤波器概述31-38
• 3.1.1 数字滤波器分类及原理32-34
• 3.1.2 加窗sinc滤波器原理34
• 3.1.3 窗函数的分类与设计选择34-37
• 3.1.4 MATLAB fdatool工具滤波器设计37-38
• 3.2 不平衡量信号幅值和相位提取38-42
• 3.2.1 离散傅里叶变换提取幅值相位38-40
• 3.2.2 数据拟合提取幅值和相位40-42
• 3.3 本章小结42-43
• 第4章 测试平台总体方案及各功能模块硬件设计43-61
• 4.1 测试系统总体方案设计43-44
• 4.2 数据采集卡选型44-49
• 4.2.1 采集卡采样方式分类44-45
• 4.2.2 PCI-8ADPF AD板卡与信号接入方式45-47
• 4.2.3 板卡组成及性能参数47-48
• 4.2.4 采样方式控制48-49
• 4.3 传感器及电荷放大器选型49-51
• 4.3.1 传感器选型49-51
• 4.3.2 电荷放大器选型51
• 4.4 控制及信号调理板的设计51-54
• 4.4.1 中心频率可变的跟踪滤波器电路设计52
• 4.4.2 STM32控制电路设计52-53
• 4.4.3 时序逻辑电路的设计53-54
• 4.4.4 光电开关测速电路设计54
• 4.5 温湿度传感器设计54-55
• 4.6 基于wifi的手机显示测试结果设计55-60
• 4.6.1 wifi概述56
• 4.6.2 wifi网络工作原理56
• 4.6.3 wifi技术特点56-58
• 4.6.4 USR-232-T模块功能介绍58-60
• 4.7 测试系统实物图60
• 4.8 本章小结60-61
• 第5章 测试平台软件设计61-77
• 5.1 程序设计概述61-62
• 5.2 基于.Net平台的上位机软件开发62-69
• 5.2.1 上位机程序总体流程框图64
• 5.2.2 托管平台的PCI数据采集64-68
• 5.2.3 与STM32基于串口的通信68
• 5.2.4 数据处理算法的C68-69
• 5.3 嵌入式下位机程序设计69-75
• 5.3.1 STM32控制程序编写69-70
• 5.3.2 测速程序的编写70-72
• 5.3.3 温湿度检测程序编写72-74
• 5.3.4 wifi通信程序程序编写74-75
• 5.4 手机app程序设计75
• 5.5 上位机各操作界面图75-76
• 5.6 本章小结76-77
• 总结与展望77-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-84
• 附件84

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 潘小波;吴彩林;;电能质量测量的数据采集A/D转换器选择[A];第八届工业仪表与自动化学术会议论文集[C];2007年

  本文关键词：风机叶轮动平衡检测系统的研发与优化设计，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：275517