基于虚拟仪器的伺服机构谐振频率测试系统研制

摘要

谐振频率测试是伺服系统动态特性测试的重要内容。本文选题来源于国防预研项目，以导引头伺服机构为测试对象，它具有体积小、结构复杂、被测特性参数数量级较小等特点，用非电测的方法进行测量，其精度低，实施性差。本文应用虚拟仪器技术构建的自动化测试系统，充分发挥了计算机在数值计算和图形处理等方面的强大功能，在一台微机上就可以完成整套测试流程，提高了开发效率和测试效率，简化了工程测试操作，增强了系统的灵活性，同时降低了测试成本。实验证明，本文设计的谐振频率测试系统操作简单、界面友好，可以指导加工装配和故障诊断，具有一定的实际使用价值。
　　本文主要工作及创造性成果如下：
　　1.以电机-负载系统为模型，对其进行动态特性分析。介绍了伺服系统的组成及工作原理，建立了伺服系统的数学模型，推导出系统的传递函数，并对其进行动态特性分析，从而得出影响谐振频率的两个关键要素：系统的刚度和转动惯量。
　　2.对谐振频率的测试原理和测试方法进行了研究。从计算法和实验法两方面入手，详细介绍了谐振频率测试的原理和方法。计算法提出，在已知电机和负载转动惯量的情况下，通过绘制系统的扭转-变形图得到系统的刚度，再由公式ω=√K/J求出谐振频率。实验法介绍了稳态激振法和瞬态激振法：稳态激振法通过系统的频率特性曲线，得到谐振频率；瞬态激振法让电机突然启动到制动的过程中，会发生衰减振荡，根据振荡周期可以反推出谐振频率。
　　3.针对导引头伺服机构的特点，设计了谐振频率测试系统的总体方案，进行了硬件选型，设计了RDC解码电路。
　　4.论述了软件的设计方案和功能需求，以LabVIEW为开发工具，通过编程实现了串口通信、数据处理、数据保存、打印报表等功能于一体的上位机软件，利用多轴运动卡编程语言开发了信号产生及数据采集的下位机软件，并对软件界面分模块进行了介绍。
　　5.由于采集到的信号中含有噪声干扰，着重分析了小波降噪原理及在LabVIEW中如何实现。同时，对数据处理算法进行了介绍。
　　6.在测试系统搭建好之后，进行软硬件调试，对采集到的信号进行数据处理，通过快速傅里叶变换和功率谱算法得到系统的频率特性曲线，由频率特性曲线得到导引头伺服机构的谐振频率。
　　测试结果表明，研制的自动化测试系统可以准确的测量导引头伺服机构的谐振频率，同时也论证了测试方案的可行性、测试方法及数据处理方法的正确性和可靠性。

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第一章 绪论

1.1 课题来源与研究意义

1.2 国内外研究状况

1.3 论文主要研究内容

第二章 伺服系统谐振频率测试原理及常用方法综述

2.1 伺服系统的组成及工作原理

2.2 伺服系统动态特性分析

2.3 伺服系统机械谐振产生的原因

2.4 伺服系统谐振频率的测试原理及方法

2.5本章小结

第三章 谐振频率测试系统的方案和硬件设计

3.1 测试系统的组成方案

3.2 测试系统的硬件介绍

3.3 旋转变压器及RDC解码电路设计

3.4 测试系统的电路设计

3.5 本章小结

第四章 谐振频率测试系统的软件设计

4.1 开发工具的选择

4.1 软件总体结构

4.3 软件界面设计

4.4 本章小结

第五章 数据处理及分析方法研究

5.1 基于小波分解降噪的滤波方法

5.2 测试数据处理算法分析

5.3 本章小结

第六章 测试系统的调试与实验结果分析

6.1 测试系统的调试

6.2 测试结果及其分析

6.3 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 工作展望

参考文献

致谢

作者简介

1.基本情况

2.教育背景

3.攻读硕士学位期间的研究成果