基于逆磁致伸缩效应的扭矩测量系统的研究与设计

发布时间：2017-04-28 03:06

  本文关键词：基于逆磁致伸缩效应的扭矩测量系统的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在机械传动系统中，扭矩是反应生产设备系统性能的重要指标。实现在旋转和动态条件下的非接触测量是扭矩传感器的发展方向。基于磁弹式的扭矩测量原理具有非接触、动态特性好的优点，并结合新型逆磁致伸缩材料的发展，使测量精度进一步提高。 分析了逆磁致伸缩材料的研究进展和应用情况，确定了Fe基非晶态合金作为传感器的逆磁致伸缩材料。利用逆磁致伸缩效应，分析、设计了传感器的结构和测量方式。根据传感器励磁线圈的需要设计了高频信号激励源。针对输出信号的特点，设计了信号处理电路，实现了信号的放大、检波和滤波，得到了直流扭矩输出信号。设计了基于ATmega128单片机的信号采集电路，并且把采集到的信号传输到上位机，以便对扭矩信号进行实时显示和分析。 利用虚拟仪器LabVIEW来设计上位机部分，上位机通过串口通信接收来自单片机的数据，实现了信号的实时显示与存储、历史数据调用和数据分析处理等功能，不仅提高了系统智能化程度，还降低了硬件资源的使用成本。 根据动态扭矩的标定现状设计了基于磁粉制动器的动态扭矩加载系统，介绍了磁粉制动器的工作特性，给出了不同类型的扭矩加载信号。采用了基于模糊自适应PID的控制方法，，通过对磁粉制动器励磁电流的控制使加载系统输出的负载扭矩达到不同信号的要求。通过在Simulink下进行建模和仿真，并与传统PID控制相比较，得出模糊自适应PID可以对输出扭矩实施有效的控制，使加载系统输出的扭矩信号更准确。
【关键词】：扭矩 逆磁致伸缩 磁粉制动器 模糊自适应PID
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH823.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景及研究意义10-11
• 1.2 扭矩测量的发展历程和研究现状11-13
• 1.3 逆磁致伸缩材料的发展与应用13-14
• 1.4 本文的主要研究内容14-16
• 第2章 扭矩传感器的原理与设计16-26
• 2.1 引言16
• 2.2 扭矩传感器的原理介绍16-19
• 2.3 基于逆磁致伸缩效应的扭矩传感器的设计19-24
• 2.3.1 逆磁致伸缩效应19-20
• 2.3.2 基于非晶态合金的扭矩传感器的设计20-24
• 2.4 系统总体设计方案24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 系统硬件电路设计26-37
• 3.1 引言26
• 3.2 交流激磁信号的设计26-29
• 3.2.1 函数信号发生器26-28
• 3.2.2 功率放大电路28-29
• 3.3 扭矩信号处理29-33
• 3.3.1 差分放大及调零电路29-31
• 3.3.2 检波电路31-32
• 3.3.3 低通滤波32-33
• 3.4 扭矩信号采集33-36
• 3.4.1 单片机的选择33-34
• 3.4.2 A/D 转换器34-35
• 3.4.3 单片机和 PC 的通讯接口35-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第4章 软件系统设计37-45
• 4.1 引言37
• 4.2 单片机系统流程设计37-39
• 4.2.1 单片机信号采集流程的设计37-38
• 4.2.2 单片机通讯流程的设计38-39
• 4.3 上位机 LabVIEW 数据采集处理39-44
• 4.3.1 数据通讯41-43
• 4.3.2 信号显示处理程序设计43-44
• 4.4 本章小结44-45
• 第5章 误差分析与扭矩加载的研究45-59
• 5.1 引言45
• 5.2 传感器的参数及误差分析45-46
• 5.2.1 传感器的参数选取及安装45-46
• 5.2.2 误差产生的原因及避免措施46
• 5.3 扭矩加载系统的研究46-50
• 5.3.1 磁粉制动器工作原理47-48
• 5.3.2 扭矩加载信号的类型48-50
• 5.4 加载系统的建模与控制50-54
• 5.4.1 磁粉制动器的数学模型50-51
• 5.4.2 模糊自整定 PID 控制51-54
• 5.5 控制系统的仿真54-58
• 5.5.1 仿真工具介绍54-55
• 5.5.2 仿真研究55-58
• 5.6 本章小结58-59
• 结论59-61
• 参考文献61-66
• 致谢66-67
• 作者简介67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王兆鲁,王志刚,郭书彪;扭矩静、动态标定试验台建设技术方案[J];车辆与动力技术;2004年01期

2 胡德福;李涛;;扭矩标准装置优化设计研究[J];船舶工程;2009年04期

3 孙运强,祖静;车辆旋转部件扭矩实时监测方法研究[J];测试技术学报;2001年01期

4 郑德忠，宾兴，胡才生;双环型光驱动扭矩仪的特性研究[J];东北重型机械学院学报;1996年02期

5 赵伟,张小牛,孟浩文;网络化──测量技术与仪器发展的新趋势[J];电测与仪表;2000年07期

6 王力;钱林方;高强;王引生;;磁粉制动器的建模与辨识研究[J];电气自动化;2010年05期

7 王登泉;杨明;叶林;李凌;;非接触式旋转轴扭矩测量现状[J];电子测量技术;2010年06期

8 谢平;刘彬;王霄;林洪彬;;新型光纤扭矩测量方法[J];光电工程;2006年02期

9 邓振杰,齐建玲;基于LabVIEW的虚拟仪器构建技术[J];国外电子测量技术;2002年05期

10 孟臣,李敏;JN338智能数字式转矩转速传感器及其应用[J];国外电子元器件;2003年11期

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 周志爽;基于FPGA的动态扭矩测量系统研究[D];燕山大学;2011年

2 周倩;光电式扭矩测量系统的研究与分析[D];燕山大学;2012年

3 余小东;国家扭矩基准系统的研究与制造[D];北京工业大学;2000年

4 王辉;光电式动态扭矩测量系统的设计与实验[D];燕山大学;2010年

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本文编号：331977