面向模态分析的多通道同步采集与数据处理系统设计

论文摘要

为了满足机械结构设计、机械故障诊断等方面对试验模态分析的需求,同时提高模态分析系统的可操作性和使用效率,论文从工程实际应用的角度出发,对前端数据采集、中间数据处理及后续模态分析等环节进行了研究,开发了一套工程化、低成本、交互性好的试验模态分析系统,用于机械结构的模态分析。设计了系统的总体方案,确定了系统的硬件平台配置和软件目标需求。将整个系统分为四个模块分别进行设计—包括项目数据管理模块、同步数据采集模块、数据处理模块和模态分析模块。提出采用工程化的数据管理体系的概念来设计系统的文件体系和目录体系。提出采用标准化的开发方法来设计实现采集控制接口、文件读取接口和数据显示接口。最后采用以上设计方法实现了项目数据管理模块。提出了示波与记录任务分离的采集控制机制和采样频率自适应选择的方法,解决了低频示波滞后和高频采样数据掉点、串道等问题。采用数据记录循环存储的技术,解决了长时间监测硬盘空间不足的问题。在以上的研究基础之上,设计实现了具有采集方案配置功能和数据回放及分析功能的同步数据采集模块。分析选择了模态分析的技术路线,实现了数据处理模块和模态分析模块。依据软件工程方法,设计了数据处理模块中的数据导入方式、程序数据流程和程序控制流程,搭建了数据处理模块的软件架构。实现了结构建模、频响函数计算、参数识别和振型动画等功能并集成在了模态分析模块中。设计了一套集同步采集、处理和分析于一体的机械结构模态分析系统,应用该系统对某摩托车架和矩形框进行了模态试验,获得结构的模态参数和振型等信息,并与商用模态分析软件进行了对比,验证了所开发系统的正确性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出和研究意义
• 1.2 试验模态分析软件的出现与发展
• 1.2.1 国内外发展状况
• 1.2.2 试验模态分析软件发展趋势
• 1.3 试验模态数据采集方式的发展
• 1.3.1 数据采集方式的发展
• 1.3.2 面向试验模态分析的数据采集
• 1.4 论文主要研究工作
• 2 总体方案设计
• 2.1 需求分析
• 2.1.1 硬件需求分析
• 2.1.2 项目数据的管理需求
• 2.2 软件方案设计
• 2.2.1 开发平台选择
• 2.2.2 工程数据管理体系设计
• 2.2.3 子模块体系划分
• 2.3 通用标准功能设计
• 2.3.1 标准化的采集控制接口
• 2.3.2 标准化的文件读取接口
• 2.3.3 标准化的数据显示接口
• 2.4 工程化的项目数据管理模块
• 2.4.1 创建工程功能设计
• 2.4.2 模块调用功能设计
• 2.4.3 数据回放功能设计
• 2.5 本章小结
• 3 同步数据采集模块设计
• 3.1 采集实现思路
• 3.1.1 模拟输入信号的连接方式
• 3.1.2 以半满中断方式AD 采集实现数据采集
• 3.1.3 任务分离的采集机制
• 3.2 采集功能设计难点以及解决方法
• 3.2.1 中高低频段分段处理
• 3.2.2 长时间数据记录存储空间控制
• 3.3 工程化的采集模块
• 3.3.1 采集方案配置功能设计
• 3.3.2 当前数据回放及在线分析功能设计
• 3.3.3 同步数据采集模块的实现
• 3.4 本章小结
• 4 数据处理与模态分析模块设计
• 4.1 模态参数识别技术路线
• 4.2 数据处理模块设计
• 4.2.1 数据处理模块架构设计
• 4.2.2 数据处理模块功能实现
• 4.3 模态分析模块设计
• 4.3.1 结构模型功能设计
• 4.3.2 频响函数分析功能设计
• 4.3.3 参数识别功能设计
• 4.3.4 振型动画
• 4.4 本章小结
• 5 系统应用试验
• 5.1 试验的目的与内容
• 5.2 试验设备
• 5.3 试验准备
• 5.4 试验过程
• 5.5 对比验证
• 6 工作总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 不足与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录