基于虚拟仪器的摩擦学实时测试系统的研究

论文摘要

摩擦学的研究对于节能节材有着突出的意义。摩擦现象极其复杂,影响因素多,探索和验证摩擦学中的问题、机理以及有关影响因素,必须依靠科学可靠的摩擦学测试技术和分析方法。因此,摩擦学测试技术是摩擦学研究最重要的和最基本的组成部分。摩擦学测试技术涉及范围从现场使用试验到实验室模拟试验,其中基于摩擦学试验机的实验室试验是目前主要的摩擦学测试方法。由于摩擦学问题的系统特征使得摩擦学试验机在测试过程中的相关信号实时、准确、迅速的获取和处理以及测试设备运行过程的精确、智能化、网络化控制问题日益突出。如何利用电子通信技术、现代测控技术以及计算机具有的软硬件资源,建立合适的摩擦学实验室模拟试验的智能测控系统以及实现系统的网络化和无线控制对于提高摩擦学测试技术水平和发展摩擦学理论研究具有非常重要的意义。本文以环块摩擦磨损试验机为对象,针对实验室摩擦学试验机普遍涉及的信号传输技术、异步电机转速控制以及虚拟仪器远程测控技术问题,分析有关理论,建立程序控制和无线网络数据采集的硬件系统、开发相关软件,探讨基于虚拟仪器的计算机辅助摩擦学测试技术。本文的主要研究成果和创新体现在以下方面:(1)根据环块摩擦磨损试验机的运动特点,采用虚拟仪器技术,组建实时测试系统的硬件部分,并研究数据采集卡与计算机的接口设计问题:(2)以图形化的编程语言LabVIEW为软件核心,开发并完成基于虚拟仪器的摩擦学测试软件系统。该系统具有稳定、可靠、操作界面友好的特点,能够实现对试验参数的实时测量、动态显示、数据分析处理、实验报告的生成以及打印等功能;(3)以摩擦学试验为研究背景,研究并完成了变频器的计算机控制系统的设计,将电机的自动控制系统与数据的采集系统集成于同一计算机体系中。能连续动态的改变电机转速,为摩擦学实验提供广泛的速度选择;(4)进行设备状态以及试验程序的无线远程监控,建立了网络化虚拟仪器的核心技术体系,对数据发布、远程监控、无线传输等提出了理论见解和技术解决方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 摩擦学测试技术
• 1.1.1 常规摩擦学测试技术存在的问题
• 1.1.2 现代摩擦学测试技术的发展
• 1.2 摩擦学测试系统的网络化
• 1.3 虚拟仪器在摩擦学测试技术中的应用
• 1.3.1 虚拟仪器的出现及定义
• 1.3.2 虚拟仪器系统的构成
• 1.3.3 虚拟仪器开发平台的选取
• 1.3.4 国内外虚拟仪器技术的研究及应用
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 摩擦学实时测试系统的硬件总体设计
• 2.1 试验测试系统的组成及工作原理
• 2.2 计算机的接口设计与数据采集卡的选择
• 2.2.1 USB总线
• 2.2.2 数据采集卡的选择
• 2.2.3 数据采集卡性能及技术指标
• 2.2.4 模拟信号的输入
• 2.3 本章结论
• 第三章 摩擦学实时测试系统的软件设计
• 3.1 摩擦学实时测试系统软件框架
• 3.2 系统启动界面功能及其实现
• 3.3 测试系统main.vi界面功能及其实现
• 3.3.1 数据采集（DAQ）系统
• 3.3.2 LabVIEW与SQL Server数据库的访问
• 3.3.3 实验报告的生成
• 3.4 测试结果与分析
• 3.5 本章结论
• 第四章 基于LabVIEW的PC机与变频器的串口通信系统
• 4.1 变频器控制在摩擦学试验机中的应用
• 4.2 变频器与计算机接口的特征
• 4.3 变频器程序控制的通用方法
• 4.4 PC机控制变频器的实现
• 4.4.1 通讯系统总体设计
• 4.4.2 变频器控制程序设计
• 4.5 变频器控制状态验证
• 4.6 本章结论
• 第五章 基于LabVIEW的摩擦学测试无线监控系统
• 5.1 无线网络监控基本原理
• 5.2 无线监控的设计原理
• 5.2.1 LabVIEW的网络功能分析
• 5.2.2 远程测试系统的网络模型
• 5.3 摩擦学测试无线监控系统整体架构设计
• 5.3.1 实验设备状态的远程监控系统
• 5.3.2 实验程序的远程监控系统
• 5.4 无线监控系统实验
• 5.4.1 无线信号位置关系测试
• 5.4.2 无线监控系统测试
• 5.5 本章结论
• 第六章 全文主要成果、结论及研究展望
• 6.1 全文主要成果和结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢