基于虛擬儀器技術的減振實驗系統(tǒng)的設計

1、基于虛擬儀器技術的減振實驗系統(tǒng)的設計基于虛擬儀器技術的減振實驗系統(tǒng)的設計 論文導讀：從最初的模擬儀器依次發(fā)展到數(shù)字化儀器、智能化儀器和最新一代的虛擬儀器。我們設計了以 LabVIEW 為基礎的動力減振實驗系統(tǒng)。它包括振動激勵系統(tǒng)、兩自由度動力減振振動梁裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及包含 LabVIEW 軟件的計算機系統(tǒng)。 關鍵詞：減振，虛擬儀器，LabVIEW 0 引言 振動現(xiàn)象是自然界中普遍存在的一種現(xiàn)象，振動問題在工程中是要經常面對地問題，故振動分析已成為各項工程技術研究與設計必不可少的環(huán)節(jié)。伴隨著微電子技術、計算機技術和網絡技術的迅速發(fā)展及其在電子測量技術領域的應用，測量儀器不斷進步，從最初的模

2、擬儀器依次發(fā)展到數(shù)字化儀器、智能化儀器和最新一代的虛擬儀器。虛擬儀器技術，由用戶定義儀器功能，可擴展性強，信號分析及處理能力強。因此，我們設計了以 LabVIEW 為基礎的動力減振實驗系統(tǒng)。 1.虛擬儀器技術 1.1 虛擬儀器的組成 虛擬儀器以透明的方式把計算機資源(如微處理器、顯示器等)和儀器硬件(如 A/D、D/A、數(shù)字 I/O、定時器等)的測量、控制能力結合在一起，通過軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析處理、表達以及圖形化用戶接口1。這樣用戶便可以通過友好的圖形界面操作這臺計算機，就象在操作自己定義、自己設計的一臺單個傳統(tǒng)儀器一樣。 虛擬儀器從功能上劃分,可以分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和結果顯示三大功能模

3、塊；從構成要素講,它是由計算機、應用軟件和儀器硬件組成的；從構成方式講,則有以 DAQ 板和信號調理為儀器硬件而組成的 PC-DAQ 測試系統(tǒng),以 GPIB、VXI、Serial 和 Fieldbus 等標準總線儀器為硬件組成的 GPIB 系統(tǒng)、VXI 系統(tǒng)、串口系統(tǒng)和現(xiàn)場總線系統(tǒng)等多種形式。無論哪種 VI 系統(tǒng)都是將儀器硬件搭載到筆記本電腦、臺式 PC 或工作站等各種計算機平臺加上應用軟件而構成的。免費論文參考網。 1.2 虛擬儀器的優(yōu)勢 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器最大的不同之處在于應用的靈活性和功能的可重構性上。在虛擬儀器中，硬件僅僅是為了解決信號的輸入、輸出，軟件才是整個儀器系統(tǒng)的關鍵，任何一個

4、使用者都可以通過修改軟件的方法，很方便的改變、增減儀器系統(tǒng)的功能與規(guī)模。虛擬儀器克服了傳統(tǒng)儀器的功能在制造時就被限定而不能變動的缺陷，擺脫了由傳統(tǒng)硬件構成一件儀器再連接成系統(tǒng)的模式，為用戶提供了一個充分發(fā)揮自己的才能和想象力的空間。 2.振動的數(shù)學模型分析 工程實際中，大量問題不能簡化為單自由度系統(tǒng)的振動問題進行分析，而往往需要簡化成多自由度系統(tǒng)才能解決。兩自由度系統(tǒng)是最簡單的多自由度系統(tǒng)。對系統(tǒng)模型的簡化、振動微分方程的建立和求解的一般方法以及系統(tǒng)響應表現(xiàn)出來的振動特性等方面，兩自由度系統(tǒng)和多自由度系統(tǒng)沒有什么本質區(qū)別。因此研究兩自由度系統(tǒng)是分析和掌握多自由度系統(tǒng)振動特性的基礎。免費論文參考

5、網。兩自由度系統(tǒng)的運動形態(tài)要由兩個獨立的坐標來確定，需要用兩個振動微分方程描述它的運動。建立振動微分方程最常用的方法就是用牛頓第一定律法則進行分析。 在工程中有許多實際系統(tǒng)都可以簡化為圖 1 所示的力學模型圖。質體 m1 和m2 用彈簧 k2 聯(lián)系，而它們與基礎分別用彈簧 k1 和 k3 聯(lián)系。假定兩質體只沿鉛垂方向作往復直線運動，質體 m1 和 m2 的任一瞬時位置只要用 x1 及和 x2 兩個獨立坐標就可以確定，因此，系統(tǒng)具有兩個自由度。以 ml 和 m2 的靜平衡位置為坐標原點，在振動的任一瞬時 t，m1 與 m2 的位移分別為 xl 和 x2。在質體m1 作用諧激振力 Qlsint。取

6、加速度和力的正方向與坐標正方向一致，根據(jù)牛頓第二定律可分別得到質體 ml 和 m2 的振動微分方程： 力學模型的振動微分方程為： （1） 其受迫振動的振幅為： （2） 當時，得，。 可見選擇動力消振器的固有頻率時，ml 即保持不動，而 m2 則以頻率作的受迫振動。消振器彈簧在下端受到的作用力在任何瞬時恰好與上端的激振力相平衡，因此使 m1 的振動轉移 m2 上來。 3.減振實驗系統(tǒng)的設計 3.1 減振實驗系統(tǒng)總體設計 整個系統(tǒng)的結構框圖如圖 2 所示。它包括振動激勵系統(tǒng)、兩自由度動力減振振動梁裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及包含 LabVIEW 軟件的計算機系統(tǒng)。我們采用框架式結構梁和附梁作為被測件，通過激振器使其產生振動，從而得到它的動態(tài)特性。 圖 3 兩自由度振動裝置 圖 2 減振實驗系統(tǒng)結構框圖 3.2 兩自由度振動裝置 由框架式結構梁和激振器所構成的兩自由度動力減振實驗臺裝置如圖 3 所示。1 所示即為框架式結構梁，2 所示為附梁，3 為激振器。在激振器的作用下，框架式結構梁（m1，k1）產生振動，在激勵頻率等于其固有頻率時,會產生單自由度系統(tǒng)的共振現(xiàn)象。為消除框架式結構梁主梁系統(tǒng)的共振狀態(tài)，在該系統(tǒng)上再附加附梁系統(tǒng)（m1