论文题目: 基于DSP的便携式现场动平衡测试仪的开发与研究
论文类型: 硕士论文
论文专业: 机械电子工程
作者: 李文清
导师: 唐一科
关键词: 现场动平衡,整周期采样,自适应带通滤波
文献来源: 重庆大学
发表年度: 2005
论文摘要: 研究表明,转子不平衡引起的故障约占机械全部故障的60%以上。因此,对于各类旋转机械,在制造和使用时都要对转子或整机进行严格的动平衡。动平衡的一般做法主要有两种:平衡机法和现场动平衡法。现场动平衡技术以其方便、高效和低廉的特点取得了越来越广泛的应用。国内外目前所用的大部分动平衡仪器都是基于单片机技术的,因其主控芯片性能和存储容量等的限制,系统功能的可扩展性有限,对于信号处理的大量数字运算能力不强,动平衡的精度和速度不理想,可进行动平衡的转子转速范围窄。为适应现代动平衡的需要,提高测试精度,使人机界面更加友好,本文将现场动平衡技术和数字信号处理等技术结合起来,开发了一套基于DSP 的转子现场动平衡测试系统。本文介绍了旋转机械状态监测技术与故障诊断技术的发展概况,转子动平衡测试技术的发展, DSP(数字信号处理)技术在动平衡测试中的应用和现状,以及本课题的研究目的、内容与意义。叙述了测量动不平衡量的常见方法:三点法和影响系数法。文章提出采用TMS320LF2407 为主控芯片,介绍了系统总体方案设计、硬件设计、软件设计、并给出了详细的实验步骤和实验数据分析。为了精确提取反映动平衡的特征频率成分,关键是要对转速基准信号的准确测量和对转子两支承处振动模拟信号的精确采集。本文的关键技术主要有: (1)对光电传感器的输出信号进行整形、电平转换等,然后接入DSP 的捕获引脚,利用DSP 的捕获功能准确测量转子转速; (2)采用锁相环路对基准信号64 倍频,作为DSP 内置A/D 的采样触发脉冲,实现对不同转速转子的振动信号进行64 点整周期采样; (3)采用锁相环路对基准信号100 倍频,以提供四阶开关电容滤波器MF10ccn 的时钟脉冲,实现以转子转频为中心频率的自适应带通滤波; (4)系统软件的主体框架及各功能模块的设计与实现:包括转速测量模块; 单(双)面时域波形显示模块; 单(双)面频域波形显示模块; 单面动平衡测量模块; 双面动平衡测量模块; DSP 与PC 机的数据通讯模块等; (5)动平衡实验及分析。经过多次现场动平衡测试实验证明,该系统操作方便、运算速度快、平衡精度高,有较好的工程应用价值。
论文目录:
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 设备状态监测与故障诊断技术
1.1.1 状态监测
1.1.2 分析诊断
1.1.3 治理预防
1.2 回转机械故障诊断技术
1.2.1 回转机械产生故障的原因
1.2.2 回转机械故障诊断常用分析方法
1.2.3 回转机械故障诊断技术的发展方向
1.3 转子动平衡技术
1.3.1 转子动平衡的概念
1.3.2 转子动平衡的必要性
1.3.3 转子动平衡技术的发展
1.4 本课题研究的内容和意义
1.4.1 本课题研究的内容
1.4.2 本课题研究的意义
1.5 本课题研究的可行性分析
1.5.1 现有理论基础
1.5.2 已有的研究条件
1.6 本章小结
2 转子动平衡理论及DSP 简介
2.1 转子动平衡的相关理论
2.1.1 转子不平衡的分类
2.1.2 转子不平衡的故障机理
2.1.3 转子动平衡的常用方法
2.2 DSP 技术简介
2.2.1 概述
2.2.2 DSP 应用系统的构成
2.2.3 DSP 应用系统的特点
2.2.4 DSP 芯片的选择
2.2.5 TMS320LF2407 系列DSP 介绍
2.3 本章小结
3 系统的总体方案设计
3.1 系统设计的要求
3.2 系统的总体结构框图
3.3 系统的硬件构成
3.3.1 光电开关的选择
3.3.2 加速度传感器的选择
3.3.3 液晶显示器的选择
3.3.4 键盘的选择
3.4 本章小结
4 系统的硬件设计
4.1 概述
4.2 振动信号采样预处理电路设计
4.2.1 硬件同步采样电路的设计
4.2.2 中心频率自适应带通滤波电路的设计
4.3 其他辅助电路的设计
4.3.1 液晶显示电路的设计
4.3.2 按键电路的设计
4.4 硬件电路的改进
4.4.1 基准信号测量与处理电路的设计
4.4.2 程控放大电路的设计
4.4.3 信号跟随及提升电路的设计
4.4.4 硬质电路板的结构设计与改进
4.5 本章小结
5 系统软件设计
5.1 概述
5.1.1 软件设计的概念及原理
5.1.2 软件设计的原则
5.2 软件总体功能设计
5.3 软件主要功能模块的实现
5.3.1 转速测量模块的实现
5.3.2 振动波形显示模块的实现
5.3.3 频域波形显示模块的实现
5.3.4 单面动平衡模块的实现
5.3.5 双面动平衡模块的实现
5.3.6 系统与PC 机数据通讯模块的实现
5.4 本章小结
6 实验研究
6.1 实验装置的构成
6.2 系统各功能模块测试
6.2.1 转速测量模块的测试
6.2.2 时域波形显示模块的测试
6.2.3 频域波形显示模块的测试
6.2.4 单面动平衡模块的测试
6.2.5 双面动平衡模块的测试
6.3 实验误差分析
6.3.1 幅值、相位计算误差分析
6.3.2 求解误差分析
6.4 本章小结
7 全文总结与展望
7.1 全文总结
7.2 本系统存在的不足和工作展望
致谢
参考文献
附录
独创性声明
学位论文版权使用授权书
发布时间: 2005-11-07
参考文献
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