2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)
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1、<p>  基于虛擬儀器技術(shù)的步進(jìn)電機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)</p><p>  摘 要:介紹基于虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的步進(jìn)電機(jī)檢測(cè)系統(tǒng),采用虛擬儀器替代傳統(tǒng)儀器、測(cè)試軟件替代硬件電路的方式,進(jìn)行多通道的數(shù)據(jù)采集、分析、存儲(chǔ),實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的在線檢測(cè)和故障診斷。</p><p>  關(guān)鍵詞:虛擬儀器;步進(jìn)電機(jī);數(shù)據(jù)采集 </p><p>  Abstract: The

2、monitoring system of step motor based on Virtual I nstrument was introduced. The multichannel online monitoring and malfunction d iagnosis of step motor system were realized.</p><p>  Key words: virtual ins

3、trument; step motor; data acquisition</p><p><b>  1硬件構(gòu)成</b></p><p>  檢測(cè)系統(tǒng)主要由信號(hào)接口及虛擬儀器兩部分構(gòu)成(圖1)。待測(cè)信號(hào)由控制機(jī)柜上的接口引出,通過(guò)信號(hào)選擇、調(diào)理之后送入工控機(jī),由數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,并最終由數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行分析、顯示、存儲(chǔ)等。步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)由脈沖控制器、驅(qū)動(dòng)電路和步

4、進(jìn)電機(jī)等幾部分構(gòu)成,根據(jù)不同的檢測(cè)要求如常規(guī)檢測(cè)、實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障診斷等,需要對(duì)脈沖控制器的輸出、驅(qū)動(dòng)電路的輸出以及電機(jī)繞組的信號(hào)分別進(jìn)行檢測(cè)。為更有效的利用采集卡的硬件資源以及計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力,在接口部分設(shè)置了信號(hào)選擇電路,負(fù)責(zé)把需要檢測(cè)的信號(hào)送入后續(xù)系統(tǒng)。接口電路結(jié)構(gòu)如圖2所示,通過(guò)兩個(gè)選擇開(kāi)關(guān)的不同組合,分別實(shí)現(xiàn)從驅(qū)動(dòng)板輸入級(jí)引出脈沖控制器信號(hào)、從驅(qū)動(dòng)板輸出級(jí)引出驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)、從電機(jī)回路引出步進(jìn)電機(jī)繞組電流信號(hào)。</p&g

5、t;<p>  信號(hào)調(diào)理電路采用運(yùn)算放大器對(duì)取樣電阻兩端的信號(hào)進(jìn)行差分運(yùn)算,得到電壓、電流信號(hào)并以單端方式輸出至數(shù)據(jù)采集卡。步進(jìn)電機(jī)常采用方波電壓驅(qū)動(dòng),從其頻譜構(gòu)成來(lái)看包含一定的高頻成分,屬于有突變的大幅值信號(hào),故選用LM318高速寬帶運(yùn)算放大器,其增益帶寬為15MHz,轉(zhuǎn)換速率為70V/μs。為進(jìn)一步提高待測(cè)信號(hào)的信噪比,減小軟件數(shù)據(jù)處理的難度以及減少運(yùn)算量,在LM318的電源部分加入了2個(gè)1000μF的電解電容退耦合,

6、在其輸出端加入了0.2μF的瓷片電容以濾除高頻噪聲。</p><p>  虛擬儀器的硬件采用基于PCI總線技術(shù)的DAQ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),選用的PCI-6071E數(shù)據(jù)采集卡可實(shí)現(xiàn)對(duì)32個(gè)步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路和脈沖控制器的多路并行檢測(cè)。</p><p><b>   </b></p><p><b>  2軟件設(shè)計(jì)</b><

7、;/p><p>  根據(jù)模塊化的編程思想,檢測(cè)程序(圖3)的結(jié)構(gòu)自上而下分為主程序?qū)?、邏輯層、?qū)動(dòng)層。主程序?qū)佑捎脩艚缑婧蜏y(cè)試執(zhí)行部分構(gòu)成,邏輯層負(fù)責(zé)邏輯關(guān)系的驗(yàn)證以及相關(guān)決策的制定,驅(qū)動(dòng)層負(fù)責(zé)與儀器、被測(cè)設(shè)備以及其他應(yīng)用程序之間的通信。軟件的開(kāi)發(fā)平臺(tái)為NI公司的LabVIEW。檢測(cè)程序的主要任務(wù)為多通道的數(shù)據(jù)采集、分析和存儲(chǔ),因此程序的優(yōu)化及運(yùn)行效率問(wèn)題都顯得較為重要,在軟件的開(kāi)發(fā)中運(yùn)用了LabVIEW所支持的多項(xiàng)

8、先進(jìn)編程技術(shù),如數(shù)據(jù)流、多線程、定時(shí)循環(huán)、狀態(tài)機(jī)等。</p><p><b>  3信號(hào)處理</b></p><p>  虛擬儀器的實(shí)質(zhì)是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理,具體分為在線處理和事后處理兩部分。在線數(shù)據(jù)處理主要包括運(yùn)算量較小的電流、電壓以及脈沖的時(shí)域分析。對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)通過(guò)對(duì)對(duì)應(yīng)信號(hào)的計(jì)數(shù)得到電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)、驅(qū)動(dòng)板提供的電壓周期數(shù)、脈沖控制器發(fā)出的脈沖數(shù);對(duì)于

9、電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)通過(guò)測(cè)量電流的頻率得到電機(jī)的速度曲線,對(duì)此進(jìn)行微分得到電機(jī)的加速度曲線,通過(guò)對(duì)電流進(jìn)行數(shù)值積分得到電機(jī)的功率曲線。</p><p>  另一方面對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行較為詳細(xì)的時(shí)域分析以提供系統(tǒng)分析的時(shí)域特征值。使用Peak Detector進(jìn)行信號(hào)的波峰檢測(cè)得到每個(gè)周期內(nèi)最高點(diǎn)的數(shù)值、位置等數(shù)據(jù),以此為基礎(chǔ)作出電機(jī)的特征曲線。電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)特征曲線近似為一條水平直線,運(yùn)轉(zhuǎn)異常時(shí)則會(huì)產(chǎn)生平移和起伏,其均值和

10、方差都有較為顯著的變化。使用Pulse Parameters進(jìn)行信號(hào)的參數(shù)檢測(cè),得到信號(hào)的超調(diào)量、上升時(shí)間等參數(shù),這些參數(shù)描述了電流波形的細(xì)節(jié)信息。因此選取了電流信號(hào)的超調(diào)量和幅值之比、上升時(shí)間和頻率之比以及特征曲線的均值和方差作為系統(tǒng)狀態(tài)分析的3組時(shí)域特征值。</p><p>  事后數(shù)據(jù)處理主要包括電流、電壓的頻域分析。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的檢測(cè),一個(gè)較為重要的應(yīng)用是識(shí)別出正常信號(hào)中夾帶的短暫反常現(xiàn)象并展示其成分

11、,為了克服傅里葉變換沒(méi)有時(shí)間分辨率的缺陷,采用了對(duì)異常信號(hào)段進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換的分析方法。信號(hào)</p><p>  算法實(shí)現(xiàn)短時(shí)傅里葉分析得到信號(hào)的幅值譜,表明了在短時(shí)間段上繞組電流、驅(qū)動(dòng)電壓的能量分布。電機(jī)系統(tǒng)發(fā)生異常時(shí)的電流、電壓信號(hào)除正常的基頻及倍頻成分外,出現(xiàn)了額外的低頻成分或直流分量,其倍頻和基頻的幅值之比也有明顯的變化,因此選取了信號(hào)的3倍頻和基頻的幅值比作為系統(tǒng)狀態(tài)分析的頻域特征值。</p&g

12、t;<p>  對(duì)于在線檢測(cè)及故障診斷系統(tǒng)來(lái)說(shuō),除了選取適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理算法提取有效的特征值之外,更為重要的一點(diǎn)是對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)的歸納和分類,給出各特征值的典型值作為系統(tǒng)狀態(tài)的判別條件。以下是在瑞士ARSAPE公司的微型兩相永磁式步進(jìn)電機(jī)1020上測(cè)得的典型值,其驅(qū)動(dòng)方式為采用A3966SLB驅(qū)動(dòng)模塊的兩相單四拍驅(qū)動(dòng)。</p><p>  基于虛擬儀器技術(shù)開(kāi)發(fā)的步進(jìn)電機(jī)檢測(cè)系統(tǒng),在發(fā)生故障時(shí)針對(duì)

13、故障單元進(jìn)行的診斷提高了系統(tǒng)的維護(hù)效率,大大縮短了故障恢復(fù)時(shí)間。</p><p><b>   </b></p><p><b>  參考文獻(xiàn)</b></p><p> ?。?]Gary W.Johnson, Richard Jennings.LabVIEW圖形編程[M].北京:北京大學(xué)出版社,2002.</p&g

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