測控典型應(yīng)用案例多功能轉(zhuǎn)子臺

會計學(xué)1測控典型應(yīng)用案例多功能轉(zhuǎn)子臺?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/182一開發(fā)背景風(fēng)機(jī)、機(jī)床、發(fā)電機(jī)等工業(yè)設(shè)備的核心運動部件都是高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，為了保證這些旋轉(zhuǎn)設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，需要對旋轉(zhuǎn)設(shè)備運行過程中的各種狀態(tài)進(jìn)行檢測和控制，以防止事故的發(fā)生，多功能轉(zhuǎn)子實驗臺就是此類旋轉(zhuǎn)設(shè)備的典型模型。第1頁/共32頁?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/183二多功能轉(zhuǎn)子臺簡介1系統(tǒng)介紹多功能轉(zhuǎn)子模塊是鷗鵬科技研發(fā)的新一代測控教學(xué)平臺。它以轉(zhuǎn)子為主要研究對象，集成了直流電機(jī)、機(jī)械轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)軸、五種傳感器。對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子振動，轉(zhuǎn)軸軸心軌跡等物理量進(jìn)行精確測量，并將原始信號通過數(shù)字采集卡實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析處理后用人機(jī)交互的形式反映到用戶控制面板上面。2軟件環(huán)境采用了虛擬儀器技術(shù)，以LabVIEW軟件為測控核心，在個人電腦上實現(xiàn)“軟件即儀器”。第2頁/共32頁?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/184二多功能轉(zhuǎn)子臺簡介3數(shù)據(jù)采集卡

TS-INQ-8U-DA

分辨率：12位模擬輸入范圍：0~5V，0~10V，±5V4硬件環(huán)境聯(lián)軸器，轉(zhuǎn)軸，軸座，轉(zhuǎn)子，底座，傳感器夾具，軸套，減震支腳。5運動控制模塊直流伺服電機(jī)，基于DSP技術(shù)的智能控制器。第3頁/共32頁?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/185二多功能轉(zhuǎn)子臺簡介6傳感器共六種傳感器：光電編碼器、光電開關(guān)傳感器、磁電傳感器、電渦流傳感器、振動速度傳感器、振動加速度傳感器?？梢詼y量位移，速度，加速度；轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)動加速度。7功能 測量到控制。包括：電機(jī)電流環(huán)控制、速度環(huán)控制、速度頻率響應(yīng)；軸心軌跡測量、振動測量、四種方式進(jìn)行轉(zhuǎn)速測量。第4頁/共32頁?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/186二多功能轉(zhuǎn)子臺簡介8轉(zhuǎn)子臺測控原理圖9產(chǎn)品特色(1)我們的測控軟件非常接近于程序設(shè)計的流程圖，可讀性高，參照這種編程模式，可以縮短編程時間。LabVIEW平臺指令及數(shù)據(jù)分析電機(jī)按設(shè)速轉(zhuǎn)動變化的物理量模電信號多路數(shù)采卡第5頁/共32頁?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/187二多功能轉(zhuǎn)子臺簡介(2)提供封裝好的、基于LabVIEW語言的調(diào)用智能控制模塊的DDL。(3)我們設(shè)計的實驗例程涵蓋了實驗需要的基本設(shè)計結(jié)構(gòu)，以及必備的函數(shù)，具有很強(qiáng)的示范作用，有助于快速上手。(4)程序編好后，提供的縮微對象能夠立刻檢驗測控程序的優(yōu)劣。(5)數(shù)據(jù)采集和控制環(huán)節(jié)是并行處理的，極大簡化了程序的復(fù)雜度。第6頁/共32頁?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/188三多功能轉(zhuǎn)子臺工程實驗1直流伺服電機(jī)電流環(huán)控制實驗

(1)原理電流環(huán)是電機(jī)的內(nèi)環(huán)，當(dāng)電機(jī)保持恒定轉(zhuǎn)速的時候，如果電機(jī)負(fù)載發(fā)生變化或者擾動，電機(jī)的實際電流也應(yīng)當(dāng)相應(yīng)的變化，保持電機(jī)的穩(wěn)定。這就需要電流環(huán)的響應(yīng)（包括瞬態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)）達(dá)到要求，否則控制目標(biāo)無法實現(xiàn)。第7頁/共32頁?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/189三多功能轉(zhuǎn)子臺工程實驗(2)實驗環(huán)境：Easymotionstudio(3)調(diào)參方法：比例+積分環(huán)節(jié)工業(yè)上調(diào)節(jié)PI參數(shù)的一般過程是：首先將將Kp、Ki設(shè)置為0

第8頁/共32頁?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1810三多功能轉(zhuǎn)子臺工程實驗從0開始增加比例環(huán)節(jié)Kp，直到產(chǎn)生振蕩第9頁/共32頁?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1811三多功能轉(zhuǎn)子臺工程實驗將Kp減小到一半。第10頁/共32頁?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1812三多功能轉(zhuǎn)子臺工程實驗從0開始逐漸增加Ki，直到穩(wěn)態(tài)誤差為0。第11頁/共32頁?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1813三多功能轉(zhuǎn)子臺工程實驗2直流伺服電機(jī)速度環(huán)控制實驗

(1)原理：速度環(huán)的信號有兩個，一個是參考信號，另一個是反饋信號，參考信號由上位機(jī)給定，也可以由位置環(huán)給定，這個信號代表我們期望的電機(jī)轉(zhuǎn)速或者電機(jī)應(yīng)該達(dá)到的理論轉(zhuǎn)速。反饋信號由編碼器測量，編碼器采用500線位，4分頻，旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生2000個脈沖。通過記錄單位時間內(nèi)脈沖個數(shù)測量轉(zhuǎn)速。

(2)時域響應(yīng)第12頁/共32頁?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1814三多功能轉(zhuǎn)子臺工程實驗速度環(huán)正常時域響應(yīng)速度環(huán)參數(shù)不合理時的時域響應(yīng)第13頁/共32頁?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1815三多功能轉(zhuǎn)子臺工程實驗3直流伺服電機(jī)速度頻率響應(yīng)實驗

(1)原理頻率響應(yīng)反映出對象的動態(tài)特性，通過電機(jī)頻率響應(yīng)實驗?zāi)軌蛄私庵绷魉欧姍C(jī)的響應(yīng)帶寬。電機(jī)工作地時候，參考信號必須設(shè)置在信號帶寬以內(nèi)。

(2)直流伺服電機(jī)的速度頻響特性幅值，相位都與參考相同第14頁/共32頁?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1816三多功能轉(zhuǎn)子臺工程實驗幅值相同，相位滯后幅值減小，相位滯后第15頁/共32頁?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1817三多功能轉(zhuǎn)子臺工程實驗4軸心軌跡測量實驗

(1)原理轉(zhuǎn)子運動時，由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均、動不平衡等原因，造成軸的徑向移動。徑向移動過大，表明機(jī)械設(shè)備振動大，必須進(jìn)行必要的調(diào)整，以免損傷機(jī)器或者威脅人身安全。通過測量軸在徑向平面的運動狀態(tài)可以幫助工程師實時的跟蹤軸心運動軌跡，監(jiān)控振動強(qiáng)度。

(2)傳感器選型為避免軸振動帶來的接觸損害，一般使用非接觸式傳感器測量軸的徑向移動。

電渦流傳感器第16頁/共32頁?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1818三多功能轉(zhuǎn)子臺工程實驗(3)傳感器原理(4)傳感器安裝方案：2個電渦流傳感器垂直安裝在軸側(cè)。

高頻振蕩電流高頻電磁場金屬表面電渦流交變磁場距離不同，線圈疊加阻抗不同前置器輸出成正比電壓第17頁/共32頁?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1819三多功能轉(zhuǎn)子臺工程實驗(5)李薩茹圖顯示軸心軌跡如圖兩軸振動相位相差45度，軸心軌跡為一封閉曲線，x,y坐標(biāo)軸顯示實時的電渦流傳感器讀數(shù)。第18頁/共32頁?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1820三多功能轉(zhuǎn)子臺工程實驗5振動速度傳感器-振動測量實驗

(1)原理機(jī)械結(jié)構(gòu)在工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中的安全性、可靠性必須得到保證。這就需要在現(xiàn)場安置傳感器對振動位移、速度、加速度等參量進(jìn)行測量。上面介紹的軸心軌跡實驗實際上也是對振動位移的一種測量。通過測量振動位移可以研究振動的強(qiáng)度和變形。通過測量振動速度可以研究振動的動量和功率，以及噪聲。通過測量振動加速度可以研究作用力與載荷，是研究動力強(qiáng)度和疲勞的重要依據(jù)

(2)振動速度傳感器振動速度傳感器用于對軸承座、機(jī)殼或結(jié)構(gòu)相對于自由空間的絕對振動測量。其輸出電壓與振動速度成正比，這種測量可對旋轉(zhuǎn)或往復(fù)式機(jī)構(gòu)的綜合工況進(jìn)行評價。第19頁/共32頁?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1821三多功能轉(zhuǎn)子臺工程實驗設(shè)備振動線圈與磁鐵相對運動切割磁力線線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電壓該電壓值正比于振動速度值振動速度傳感器結(jié)構(gòu)示意第20頁/共32頁?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1822三多功能轉(zhuǎn)子臺工程實驗(3)傳感器的安裝兩種安裝方式：磁座安裝螺絲安裝(4)振動頻譜相關(guān)法測量振動頻譜第21頁/共32頁?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1823三多功能轉(zhuǎn)子臺工程實驗6轉(zhuǎn)速測量實驗光電開關(guān)測量轉(zhuǎn)速

(1)原理本實驗使用的光電傳感器是一種反射式的光電傳感器，測量主要由被測旋轉(zhuǎn)部件、反光片（或反光貼紙）、反射式光電傳感器組成。在本實驗中，只安裝了一片反光貼紙，因此，當(dāng)旋轉(zhuǎn)部件上的反光貼紙通過光電傳感器前時，光電傳感器的輸出就會跳變一次。通過測出這個跳變頻率f，就可知道轉(zhuǎn)速n。第22頁/共32頁?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1824三多功能轉(zhuǎn)子臺工程實驗(2)傳感器的安裝(3)測量信號分析原始信號第23頁/共32頁?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1825三多功能轉(zhuǎn)子臺工程實驗(4)測量結(jié)果原始信號的頻譜分析帶限濾波后的頻譜分析第24頁/共32頁?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1826三多功能轉(zhuǎn)子臺工程實驗磁電傳感器測量轉(zhuǎn)速

(1)原理磁電傳感器的核心部件有銜鐵、磁鋼、線圈幾個部分，銜鐵的后部與磁性很強(qiáng)的磁鋼相接，銜鐵的前端有固定片，其材料是黃銅，不導(dǎo)磁。線圈纏繞在骨架上并固定在傳感器內(nèi)部。磁電轉(zhuǎn)速傳感器是和測速（發(fā)訊）齒輪配合使用的。當(dāng)測速齒輪隨被測旋轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)的時候，齒輪的齒頂和齒根會均勻的經(jīng)過傳感器的表面，引起磁隙變化。在探頭線圈中產(chǎn)生感生電動勢。在已知發(fā)訊齒輪齒數(shù)的情況下，測得信號的頻率就可以計算出測速齒輪的轉(zhuǎn)速。如設(shè)齒輪齒數(shù)為N，轉(zhuǎn)速為n，信號頻率為f，則有：

n=f/N第25頁/共32頁?2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1827三多功能轉(zhuǎn)子臺工程實驗(2)傳感器安裝(3)測量信號分析原始信號濾波第26頁/共32頁?2008Open-