基于虚拟仪器的力标准机控制系统研究与开发

论文摘要

力标准机是国家计量检测部门必备的力值计量设备,对于国家经济、科学测量和国防建设起着不可或缺的作用。现代工业和科技的飞速发展,对力标准机的精度、稳定性及检定效率提出了越来越高的要求。本文针对现有的杠杆式力标准机自动化程度低、可靠性差、操作不便等不足,提出了一种基于虚拟仪器技术的自动控制系统。本文的主要工作与成果如下:1.根据虚拟测控系统的设计原理,通过对力标准机控制系统结构、功能和性能的需求分析,提出了一种基于虚拟仪器技术的杠杆式力标准机控制方案。2.建立了力标准机控制系统的硬件平台;在软件上,通过对LabVEIW环境下的多任务机制的详细分析,提出并实现了基于LabVIEW的力标准机控制系统平台级和任务级二级多任务调度策略,并以此为基础设计开发了具有可视化控制、形象化显示功能的力标准机控制系统软件。3.结合力标准机的长期检定实践,提出并实现了故障字典法在力标准机控制系统事故报警和故障诊断中的应用,有效保障了系统工作的可靠性。4.为改善力标准机的检定性能,通过对杠杆式力标准机测量原理的理论建模和分析,提出了用提高杠杆重心和减小杠杆运动摩擦力的方法来提高力标准机的灵敏限;分析了杠杆式力标准机的力值误差及其来源,并给出了减小力值计量误差的措施。应用结果表明,该控制系统不仅可实现力值计量和数据处理的自动化,降低操作人员的劳动强度,提高检定效率,而且消除了人为因素对计量精度的影响,提高了该设备计量检定的可重复性、准确性和可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 力标准机概述
• 1.1.1 力标准机的应用领域及其重要作用
• 1.1.2 国内外使用的力标准机分类
• 1.1.3 国内外力标准机的发展现状
• 1.2 虚拟仪器概述
• 1.2.1 虚拟仪器的概念
• 1.2.2 虚拟仪器的特点
• 1.2.3 虚拟仪器的组成
• 1.2.3.1 虚拟仪器的硬件系统
• 1.2.3.2 虚拟仪器的软件系统
• 1.2.4 虚拟仪器技术在国内的发展现状
• 1.3 LabVIEW 开发平台简介
• 1.4 课题背景及研究意义
• 第二章 基于虚拟仪器的力标准机控制系统总体设计
• 2.1 杠杆式力标准机的机械结构和工作原理
• 2.2 力标准机控制系统需求分析
• 2.2.1 力标准机控制系统的结构需求分析
• 2.2.2 力标准机控制系统的功能需求分析
• 2.2.3 力标准机控制系统的性能需求分析
• 2.3 力标准机控制系统方案选择
• 2.3.1 数据采集和控制（DA&C） 系统方案比较
• 2.3.2 基于 PC-BASED 的数据采集和控制系统分类
• 2.4 力标准机控制系统总体方案设计
• 2.4.1 力标准机控制系统的设计原则
• 2.4.2 力标准机控制系统的总体结构组成
• 2.4.3 力标准机控制系统的主要控制参数确定
• 2.4.4 力标准机控制系统软件的主要功能模块划分
• 2.4.5 力标准机控制系统软件的分层结构设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 杠杆式力标准机控制系统的硬件设计
• 3.1 力标准机控制系统硬件组成
• 3.2 力标准机控制系统硬件结构选型
• 3.2.1 计算机的选型
• 3.2.2 数据采集卡的选型
• 3.2.3 传感器的选型
• 3.2.4 测量仪表的选型
• 3.3 开关量接口卡设计
• 3.4 杠杆平衡检测电路设计
• 3.5 控制系统抗干扰设计
• 3.6 本章小结
• 第四章 杠杆式力标准机控制系统软件设计与实现
• 4.1 基于虚拟仪器的力标准机控制系统软件多任务调度策略
• 4.1.1 虚拟仪器环境下的多任务机制
• 4.1.2 力标准机控制系统多任务调度策略
• 4.1.3 力标准机控制系统多任务机制的实现
• 4.1.4 力标准机控制系统多任务调度的说明
• 4.2 力标准机控制系统软件设计
• 4.2.1 主控制程序设计
• 4.2.2 加/卸砝码载荷子程序设计
• 4.3 力标准机控制系统各功能模块软件实现
• 4.3.1 控制系统人机界面设计
• 4.3.2 数据采集模块设计
• 4.3.2.1 板卡预处理设置
• 4.3.2.2 串口通信设计
• 4.3.2.3 数据采集的实现
• 4.3.3 数据显示模块设计
• 4.3.4 数据处理模块设计
• 4.3.5 数据管理模块设计
• 4.3.5.1 数据存储
• 4.3.5.2 磁盘管理
• 4.3.5.3 数据库记录和查询
• 4.3.6 事故报警与故障诊断模块设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 杠杆式力标准机灵敏限分析及减小计量误差措施
• 5.1 杠杆式力标准机灵敏限分析
• 5.1.1 提高杠杆的重心相应提高灵敏限的理论估算
• 5.1.2 提高杠杆的重心相应提高灵敏限的试验确定
• 5.2 杠杆式力标准机力值误差来源分析
• 5.2.1 砝码质量误差
• 5.2.2 砝码摆动引起误差
• 5.2.3 承压座水平度对力值的影响
• 5.2.4 杠杆受力变形引起的误差
• 5.3 减小杠杆机力值计量误差的措施
• 5.3.1 减小砝码质量误差引起的计量误差
• 5.3.2 减小砝码摆动引起的计量误差
• 5.3.3 减小承压座不水平引起的计量误差
• 5.3.4 减小杠杆受力变形引起的计量误差
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文