風(fēng)機(jī)葉輪動平衡檢測系統(tǒng)的研發(fā)與優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、風(fēng)機(jī)葉輪是風(fēng)機(jī)的重要組成部分，如果葉輪存在不平衡，風(fēng)機(jī)工作是會產(chǎn)生劇烈的振動，輕則噪音非常大，重則可震斷固定螺栓，造成設(shè)備損壞甚至人員傷亡。所以風(fēng)機(jī)葉輪的動平衡非常重要，平衡后的葉輪在工作過程中，運(yùn)行平穩(wěn)，振動非常小。風(fēng)機(jī)葉輪動平衡機(jī)是進(jìn)行風(fēng)機(jī)葉輪動平衡檢測的高精密設(shè)備，檢測系統(tǒng)涉及的學(xué)科、領(lǐng)域非常多，其中包括機(jī)械、電氣、數(shù)字信號處理等。在之前一些年，國外技術(shù)一直保持壟斷地位，近年我國也逐漸出現(xiàn)一些自主研發(fā)的國產(chǎn)檢測設(shè)備，但是檢測精度、

2、重復(fù)性、檢測原理、測試時間以及操作方面等較國外產(chǎn)品來說還比較落后，其中數(shù)據(jù)處理方法等方面還有很大發(fā)展空間。
　　本文在實際項目的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一套包括工控機(jī)上位機(jī)、嵌入式下位機(jī)及信號轉(zhuǎn)接板的控制系統(tǒng)，其中上位機(jī)是基于.NET的C＃開發(fā)，主要工作包括以下：首先建立了系統(tǒng)的動力學(xué)模型，得出了系統(tǒng)的動力學(xué)方程。根據(jù)不同應(yīng)用情況，實現(xiàn)了兩種標(biāo)定方式，一種是永久標(biāo)定，操作方便，另一種是影響系數(shù)法標(biāo)定，精度高，計算流程簡化。推導(dǎo)了永久標(biāo)定和影

3、響系數(shù)法的解算公式。因為現(xiàn)場干擾比較多，在標(biāo)定過程中會出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，而使K值的標(biāo)定出現(xiàn)錯誤。K值如果錯誤，后面的計算會全部錯誤，針對這種情況，提出了最小二乘法的K系數(shù)標(biāo)定方法，標(biāo)定得到的K系精度提高，測試結(jié)果更加穩(wěn)定準(zhǔn)確。數(shù)據(jù)處理包括信號的濾波和對濾波后信號進(jìn)行相位和幅值提取。討論了用窗函數(shù)法設(shè)計FIR濾波器的方法，選擇了主瓣較小的海明窗設(shè)計濾波器，發(fā)現(xiàn)海明窗函數(shù)濾波器效果良好且易于實現(xiàn)。分析了頻域中離散傅里葉變換提取幅值和相位的原理和

4、弊端。選用擬合方法在時域中提取不平衡量的幅值和相位。分析了三參數(shù)最小二乘擬合法的原理，最后考慮實現(xiàn)方便，選用matlab工具箱中帶有的傅里葉擬合法對幅值和相位進(jìn)行提取，取得了不錯的效果。上位機(jī)用.NET的C＃實現(xiàn)了PCI接口AD板卡數(shù)據(jù)采集，并且基于串口實現(xiàn)了與下位機(jī)嵌入式的數(shù)據(jù)通信。嵌入式下位機(jī)實現(xiàn)了基于定時方式的速度檢測，并且設(shè)計了控制采樣啟停的邏輯電路、前端濾波的硬件電路PCB板的設(shè)計。通過wifi模塊將測試結(jié)果發(fā)送到手機(jī)上，方便

5、操作人員查看并進(jìn)行相應(yīng)操作。WiFi模塊用的是USR-WIFI232-A，STM32通過wifi模塊與手機(jī)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。App數(shù)據(jù)顯示程序是基于eclipse平臺開發(fā)，涉及到wi-fi模塊數(shù)據(jù)的讀取和顯示。在方案選型時，同時搭建了基于ARM加DSP的雙核嵌入式控制測試平臺，設(shè)計生產(chǎn)了PCB并進(jìn)行了焊接調(diào)試，底層驅(qū)動程序已經(jīng)調(diào)試完成。未來會繼續(xù)嵌入式測試方案的研究。風(fēng)機(jī)葉輪動平衡檢測設(shè)備對于風(fēng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)至關(guān)重要，并且檢測系統(tǒng)涉及到的