基于LABVIEW的矿用通风机测试系统特性的研究

论文摘要

本文采用LABVIEW技术,并严格按照矿用通风机系统安全检验规范,在实验和理论分析的基础上,对原系统不断进行改进和扩充,完善了基于虚拟仪器的矿用通风机性能检测系统。在对系统特性进行研究的过程中,由于整个系统比较复杂,直接从整体上研究比较困难,因此将系统分为硬件和软件两部分分别进行研究,然后从串联系统的角度出发,利用控制理论的相关知识对整个系统的特性进行了研究和评价。最后通过实验,完成了风机静压的测试和风机性能曲线的绘制。实验结果表明,该系统能达到风机测试技术手册的相关要求,简化测试工作的同时提高了测试效率和测试的可靠性。因此,该系统具有一定的实用价值。在硬件的研究过程中,首先面临硬件的选择问题,通过在西安煤检所的调研并结合我们的实际情况,对测试系统的硬件部分(测试各种参量的传感器和数据采集卡)进行了选型,并搭建了实验平台;其次在实验的基础上,利用最小二乘法对压力传感器进行了静态标定,并通过计算得出它的静态特性参数,最后利用标准信号发生器对其动态特性进行研究,得到压力传感器的动态特性方程,并计算了传感器动态响应参数。在软件系统的研究过程中,以LABVIEW语言为基础,采用模块化、层次化的设计思想和面向对象的编程方法,进一步完善了通风机性能测试系统的软件;完善后的测试系统具备了风机单项性能测试、测试数据的处理和管理、通风机性能曲线的绘制及Word报表的生成等功能。另外,采用单位阶跃响应的方法对静压测试子程序进行试验,获得静压测试子程序的响应数据,依此建立系统的数学模型,利用Laplace变换的极限定理算法,估算出假设模型的参数,得出测试系统的模型;采用自相关函数检验法对假设模型进行检验,得到无论α= 0.01还是α= 0.05,两种情况计算值均小于χ2 m,α,所以ε( k)被认为是白噪声。该检验结果表明,对系统模型的阶次估计和参数估计是合理的。综合以上结果,将传感器的动态模型与静压子程序的动态模型进行相乘,得到整个系统的数学模型:为一个比例环节与振荡环节的乘积,并利用控制理论对系统的稳定性、响应时间、工作频带、抗干扰性进行了研究。最后,在实验室对通风机虚拟测试系统进行了实验,通过改变节流挡板的角度来改变通风机运行工况,并记录风机实验数据,绘制出通风机的性能曲线。将测试结果和常规仪器的测试结果进行对比,得出该系统的各项指标能够满足风机测试的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题概述
• 1.1.1 课题提出的背景
• 1.1.2 课题研究的意义
• 1.2 国内外同类技术的发展现状
• 1.3 课题研究的主要内容
• 2 测试系统的构建
• 2.1 测试系统的硬件
• 2.1.1 系统硬件的构成
• 2.1.2 硬件系统的结构图
• 2.1.3 风机实验平台实物图
• 2.2 测试系统的软件
• 2.2.1 LabView 技术
• 2.2.2 虚拟仪器和传统仪器的比较
• 2.2.3 软件系统的流程和结构
• 2.2.4 软件系统的前面板
• 2.3 小结
• 3 硬件系统的特性分析
• 3.1 传感器的特性分析
• 3.1.1 半导体压阻式传感器CYG1222
• 3.1.2 传感器的测量电路
• 3.1.3 传感器的标定
• 3.1.4 传感器的静态特性
• 3.1.5 传感器的动态数据建模
• 3.2 小结
• 4 软件系统的建模
• 4.1 系统建模的基本原理
• 4.2 压力系统的建模
• 4.2.1 系统的单位阶跃响应曲线
• 4.2.2 系统模型的假设
• 4.2.3 系统模型参数的辩识
• 4.2.4 系统模型的自相关函数检验法
• 4.3 小结
• 5 测试系统的模型分析
• 5.1 串联系统的数学模型
• 5.2 系统的稳定性分析
• 5.3 测试系统的性能指标
• 5.3.1 测试系统的响应时间
• 5.3.2 测试系统的工作频带
• 5.4 系统的抗干扰性分析
• 5.5 小结
• 6 测试系统的实验
• 6.1 风机系统单项测试实验
• 6.1.1 风机压力测试实验
• 6.1.2 大气参数测试实验
• 6.1.3 风机性能测算实验
• 6.2 风机特性曲线的测定
• 6.2.1 风机性能参数的换算
• 6.2.2 风机性能测试原理
• 6.2.3 性能曲线的绘制
• 6.3 小结
• 7 结论
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录