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摩擦力矩的测试方法研究

作　者: 冯炳
导　师: 丁明理
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 摩擦力矩补偿数据采集卡虚拟仪器测试系统
分类号: TG115.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

摩擦力矩在精密仪器系统运行时会引起系统的波动和误差,此外,它也是评价轴系动态性能一个重要指标。因此,对轴上摩擦力矩有个定性和定量的认识,对提高精密仪器系统的精度和转轴的动态性能是非常有价值的。目前,在国内还没有精密轴系摩擦力矩测量的自动化设备,一般采用装机前测量各轴承的摩擦力矩,然后再估算总的摩擦力矩。随着我们对技术参数要求越来越高,尤其是军工产品对精密轴系参数的要求在不断提高,有必要对摩擦和摩擦力矩进行理论上的分析,并对测试方法展开研究和实践。本文先根据摩擦尤其是滑动摩擦与滚动摩擦的宏观理论分析,分析并概括了摩擦力矩的影响因素,阐述了摩擦力矩的补偿控制方法,接着在分析了国内外摩擦力矩测量方法的基础上,提出了基于虚拟仪器的摩擦力矩测试方法,并给出了两种具体的测试方案,而且针对两方案中的角度和转速测量、力矩测量以及电机控制这三个部分,研究与比较了基于旋转变压器和旋转编码器的角度和转速测量方法以及基于电机输出力矩特性曲线和扭矩传感器的力矩测量方法,并对电机驱动以及PID控制算法作了详细的介绍。最后根据基于虚拟仪器的摩擦力矩测试方法,搭建了基于NI PXI-1042Q机箱、NI PXI-6251数据采集卡、低转速交流电机、光电编码器、扭矩传感器的力矩测试实验系统,详细阐述了基于LabVIEW和NI DAQmx的力矩测试实验系统软件的开发过程,对此测试方法作了部分验证,得到了比较理想的结果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-15
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 研究的目的与意义  9-10
  1.3 摩擦力矩测试方法介绍和国内外发展现状  10-13
  1.4 课题的来源和主要研究内容  13-15
    1.4.1 课题的来源  13-14
    1.4.2 课题的主要研究内容  14-15
第2章摩擦和摩擦力矩分析与研究  15-28
  2.1 摩擦  15-23
    2.1.1 摩擦学与摩擦  15-16
    2.1.2 滑动摩擦与滚动摩擦  16-19
    2.1.3 宏观摩擦理论介绍  19-23
  2.2 摩擦力矩  23-27
    2.2.1 摩擦力矩的影响因素分析  23-24
    2.2.2 摩擦力矩的补偿研究  24-27
  2.3 本章小结  27-28
第3章基于虚拟仪器技术的摩擦力矩测试方法  28-42
  3.1 虚拟仪器技术介绍  28-29
  3.2 摩擦力矩的测试方案设计  29-32
    3.2.1 测试目标  29
    3.2.2 基于电机输出力矩特性曲线的摩擦力矩测试方案  29-30
    3.2.3 基于扭矩传感器的摩擦力矩测试方案  30-31
    3.2.4 两种测试方案的比较  31-32
  3.3 角度测量方法研究  32-36
    3.3.1 基于旋转变压器的角度测量方法  32-34
    3.3.2 基于旋转编码器的角度测量方法  34-36
  3.4 力矩测量方法研究  36-37
    3.4.1 基于电机力矩特性曲线的力矩测量方法  36-37
    3.4.2 基于扭矩传感器的力矩测量方法  37
  3.5 电机控制方法研究  37-41
    3.5.1 电机控制方法  37-39
    3.5.2 经典PID电机控制算法  39-40
    3.5.3 改进型PID电机控制算法  40-41
  3.6 本章小结  41-42
第4章基于虚拟仪器技术的力矩测试实验系统的搭建  42-61
  4.1 系统硬件设计  42-48
    4.1.1 NI PXI-1042Q机箱和NI PXI-6251 数据采集卡介绍  42-43
    4.1.2 单相电容分相低速交流电机60KTYZ的驱动  43-45
    4.1.3 光电编码器HKT30-A01 介绍  45
    4.1.4 扭矩传感器及其信号放大电路设计  45-47
    4.1.5 梅花型弹性联轴器  47
    4.1.6 系统的搭建  47-48
  4.2 基于LabVIEW和NI-DAQmx的系统软件开发  48-57
    4.2.1 NI DAQmx介绍  48-50
    4.2.2 基于LabVIEW和NI DAQmx的软件开发过程  50-51
    4.2.3 角度测量  51-52
    4.2.4 转速测量  52-54
    4.2.5 电机驱动  54-56
    4.2.6 传感器数据采集  56-57
    4.2.7 上位机软件的实现  57
  4.3 系统实验  57-60
    4.3.1 用软件滤波进行传感器输出信号调理  57-59
    4.3.2 阻力矩测试实验  59-60
  4.4 本章小结  60-61
结论  61-63
参考文献  63-67
致谢  67

摩擦力矩的测试方法研究

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