动态流变测试中的运动控制与测量技术开发

发布时间：2021-10-18 16:49

　　旋转流变仪是用于测量聚合物流变特性的重要仪器,通过向样品施加剪切应变（或应力）测量材料的应力（或应变）响应计算得到样品的流变特性参数。流变测试包括稳态、动态和瞬态测试模式,相较于稳态和瞬态模式,动态测试模式可以表征最丰富的材料信息,但实现这一模式的测控难度也最大,一是要实现振荡频率和振幅变化范围广的正弦振荡剪切作用,二是要从复杂的响应信号中准确提取转角与转矩信号的振幅和相位差等信息。本文以实现旋转流变仪的高精度动态流变测试为目的,设计旋转流变仪硬件平台并开发相关的控制与测量技术,重点研究流变仪在动态测量模式下电机的控制及转角、转矩信号的测量分析技术。本课题对丰富旋转流变仪相关设计理论,提高仪器测控水平、推进具有自主知识产权的旋转流变仪商业化具有重要意义。本文从旋转流变仪基本测量原理出发,分析流变仪设计需求,对间隙调节模块、内筒测量模块和外筒运动模块等关键机械结构进行设计,对测控系统的控制器、电机、圆光栅编码器和转矩传感器等关键元器件进行选型,搭建用于流变测试研究的硬件平台。为了实现流变仪外筒精确的正弦振荡运动,对电机、涡轮蜗杆减速机及外筒构成的运动系统进行了建模和分析。针对减速机存在的... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 旋转流变仪机构与原理
        1.2.1 旋转流变仪基本结构
        1.2.2 基本变量的转化关系
        1.2.3 动态流变测试原理
    1.3 国内外研究进展
        1.3.1 流变仪结构形式发展
        1.3.2 旋转流变仪研究进展
        1.3.3 流变仪控制技术研究进展
        1.3.4 流变仪测量技术研究进展
    1.4 研究目的与内容
第二章 旋转流变仪硬件设计
    2.1 流变测量需求分析
    2.2 机械结构分析与设计
        2.2.1 机械设计整体方案
        2.2.2 间隙调节模块
        2.2.3 内筒测量模块
        2.2.4 外筒运动模块
    2.3 测控系统分析与设计
        2.3.1 测控系统整体方案
        2.3.2 运动控制器
        2.3.3 光栅编码器
        2.3.4 转矩传感器
        2.3.5 信号转换模块
    2.4 本章小结
第三章 运动控制策略设计与仿真
    3.1 控制系统模型与间隙特性
        3.1.1 位置闭环控制模型
        3.1.2 间隙的非线性特性
    3.2 PID控制原理与仿真分析
        3.2.1 PID控制原理介绍
        3.2.2 PID整定方法选择
        3.2.3 PID参数选择分析
        3.2.4 含间隙闭环系统仿真
    3.3 PID参数对正弦跟踪的影响
        3.3.1 PID组合形式
        3.3.2 比例系数
        3.3.3 积分系数
        3.3.4 微分系数
    3.4 基于正弦参数的模糊PID控制
        3.4.1 模糊控制原理
        3.4.2 模糊PID控制器设计
        3.4.3 系统仿真结果
    3.5 本章小结
第四章 流变测试数据处理与分析
    4.1 动态测试数据的特点
    4.2 数据处理方法的理论
        4.2.1 离散傅里叶谱分析法
        4.2.2 数字函数相关法
        4.2.3 非线性最小二乘法
    4.3 影响因素下的测量误差分析
        4.3.1 白噪声的影响
        4.3.2 频率误差的影响
        4.3.3 高次谐波的影响
        4.3.4 影响因素总结
    4.4 NLS和 DFT结合分析法
        4.4.1 基本思路
        4.4.2 仿真结果
    4.5 数据处理最终方案
    4.6 本章小结
第五章 旋转流变仪软件开发
    5.1 软件功能与程序框架
        5.1.1 软件功能分析
        5.1.2 系统软件框架
    5.2 上位机程序设计
        5.2.1 用户界面
        5.2.2 数据采集模块
        5.2.3 控制指令模块
        5.2.4 数据处理模块
    5.3 下位机程序设计
        5.3.1 RT程序
        5.3.2 FPGA程序
    5.4 本章小结
第六章 测试性能实验验证
    6.1 系统稳态性能调试
    6.2 动态测试实验方案
    6.3 实验结果
        6.3.1 仪器空载动态运动性能
        6.3.2 仪器动态流变测量性能
    6.4 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于自适应模糊算法的履带车轨迹跟踪[J]. 郭丽琴,鲍晟,汪礼雪,何永义.  工业控制计算机. 2018(03)
[2]一种四参数正弦参量估计算法的改进及实验分析[J]. 梁志国.  计量学报. 2017(04)
[3]基于相关原理的相位差测量改进算法及应用[J]. 沈廷鳌,涂亚庆,李明,张海涛.  振动与冲击. 2014(21)
[4]旋转流变仪及其技术在聚乙烯中的表征应用研究[J]. 王碧琼,陈仕兵,张飘凌.  广东化工. 2013(05)
[5]基于DSP的电机伺服系统中的模糊PID控制[J]. 李木国,李响,刘达.  测控技术. 2011(06)
[6]具有传动间隙的数字随动系统研究[J]. 张耕宁,张军惺,王翠艳.  科技风. 2009(14)
[7]非线性回归方法的应用与比较[J]. 谢兰,高东红.  数学的实践与认识. 2009(10)
[8]基于模糊控制的农用车辆路线跟踪[J]. 周建军,张漫,汪懋华,刘刚,纪朝凤,张智刚.  农业机械学报. 2009(04)
[9]PID控制原理及参数整定方法[J]. 金奇,邓志杰.  重庆工学院学报(自然科学版). 2008(05)
[10]FFT法与数字相关法在相位测量上的比较[J]. 路艳洁,席志红,王姜铂.  信息技术. 2007(12)

硕士论文
[1]航天用永磁同步电机直驱伺服系统低速运行控制技术研究[D]. 高宇.南京航空航天大学 2019
[2]应用于微重力环境的旋转流变仪设计[D]. 李博文.天津大学 2018
[3]偏心圆筒中拉伸-剪切流动比例的调节方法与原理[D]. 王小林.华南理工大学 2015
[4]基于光电角度传感器的同轴双筒流变仪的研制[D]. 邓建.中国海洋大学 2014
[5]泥浆流变仪理论分析与设计[D]. 马丽娜.东北石油大学 2014
[6]低速柔性关节的高精度位置控制策略研究[D]. 黄飞杰.北京邮电大学 2013
[7]PID参数整定技术的研究及应用[D]. 刘玲玲.郑州大学 2010
[8]带传动间隙转台的精确控制[D]. 刘娟.南京航空航天大学 2008
[9]模糊PID控制器的设计研究[D]. 李晓丹.天津大学 2005
[10]基于运动控制卡的全闭环控制系统研究[D]. 孔慧勇.四川大学 2003



本文编号：3443144