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电磁铁性能及其测试系统的研究

作　者: 刘强
导　师: 柳洪义
学　校: 东北大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 电磁铁静动态性能测试建模与仿真 PCL-818L 数据采集
分类号: TM574
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本文是以我研究所与某电磁阀厂实际合作项目为背景展开的,并最终完成了从设计到产品的开发。长期以来,电磁铁的静动态性能检测方法是采用简易的人工检测,其缺点是检测效率低、人为因素影响大、自动化水平低。随着科学技术的发展,自动化技术越来越多地应用到工业中,用人工进行电磁铁静动态性能检测的方法已经跟不上时代的步伐,电磁铁静动态性能的自动化检测必将成为该行业的主流。本论文研究的电磁铁静动态测试系统正是为该厂研制的自动化检测设备,它将改变该公司目前人工检测的状况,实现检测过程的自动化,提高检测效率,减少人为因素的影响。该测试系统可分为试验台架本体和计算机检测两大部分。该系统以PCL-818L采集卡为核心,并结合精密的力传感器和位移传感器能快速准确力和位移信号,从而得到静动态性能指标与曲线,并具有通信和打印接口,可以实现即时打印和与上位机联机。本测试系统具有很好的开放性能,可以满足不同型号电磁铁静态和动态测试需要,这样就为新产品的研发提供有力保证。从工程应用和控制的角度建立了具有实用价值的电磁铁静态及动态数学模型,电磁铁静态模型对电磁铁的结构、工作机理和参数设计具有指导意义；电磁铁动态模型对高速电磁铁的动态特性及其驱动系统的研制具有指导意义。本文介绍了专用驱动设备——多功能电源箱,其中包括可调的直流开关电源以及交流调压技术：另外还介绍了多功能信号发生器,它也是本测试系统不可缺少的一部分。另外,基于前人的经验和设计,本人设计和开发了基于力、位移等多变量综合测量的,机电一体化的电磁铁静动态性能测试系统。论述了总体方案,系统构成、元件选用、结构设计和基于VB应用面向对象化软件编程方法对系统进行了人机界面的开发。在实验和研究的基础上进行了总结,同时也为系统的进一步完善和发展奠定了基础。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-12
第1章绪论  12-17
  1.1 课题研究的应用背景及意义  12-13
    1.1.1 电磁铁的应用日趋广泛  12
    1.1.2 电磁铁的发明  12
    1.1.3 我国电磁铁测试技术落后  12-13
    1.1.4 自主研发电磁铁测试系统的重要意义  13
  1.2 国内外研究动态  13-15
    1.2.1 国内外研究动态  13-15
    1.2.2 现有研究状况  15
  1.3 本文研究解决的问题  15-17
第2章电磁铁的静态模型与技术参数  17-28
  2.1 电磁铁的结构及工作原理  17-18
  2.2 电磁铁磁路计算  18-22
    2.2.1 磁路磁阻估算  18-20
    2.2.2 磁感应强度计算  20-22
  2.3 电磁铁的静态模型及简化  22-24
  2.4 电磁铁各种技术参数与其性能的关系  24-27
    2.4.1 饱和磁感应强度  24
    2.4.2 磁极面积  24-25
    2.4.3 相对磁导率  25-26
    2.4.4 励磁电流  26
    2.4.5 气隙长度  26
    2.4.6 线圈匝数  26-27
  2.5 本章小节  27-28
第3章电磁铁的动态模型与控制方法  28-38
  3.1 电磁铁的动态参数  28
  3.2 电磁铁动态模型的建立  28-31
    3.2.1 电路方程  28-29
    3.2.2 机械运动方程  29-30
    3.2.3 磁路方程  30-31
    3.2.4 电磁铁的电磁力方程  31
  3.3 电磁铁动态特性的影响因素  31-37
    3.3.1 驱动电压的影响  31-32
    3.3.2 弹簧预紧力的影响  32-33
    3.3.3 运动质量的影响  33-34
    3.3.4 残余间隙的影响  34-35
    3.3.5 铁芯质量  35
    3.3.6 铁芯行程和磁路长度  35
    3.3.7 线圈匝数  35-36
    3.3.8 线圈电感  36-37
  3.4 本章小结  37-38
第4章系统驱动设备开发  38-50
  4.1 开关电源概述  38-46
    4.1.1 开关电源的基本原理  38-40
    4.1.2 开关电源电路设计  40-45
    4.1.3 开关电源性能分析  45-46
  4.2 高精度恒流源设计  46-49
    4.2.1 LM334恒流源芯片简介  46
    4.2.2 基本恒流源电路  46-48
    4.2.3 零温度系数的恒流源设计  48-49
  4.3 本章小结  49-50
第5章电磁铁测试系统硬件开发  50-60
  5.1 系统要求及工作原理  50-51
    5.1.1 系统要求  50
    5.1.2 系统工作原理  50-51
  5.2 多功能信号发生器的研究与开发  51-55
    5.2.1 电源部分  53
    5.2.2 典型信号输出部分  53-54
    5.2.3 六路模拟信号输出  54-55
    5.2.5 实物图  55
  5.3 电气元件选择  55-58
    5.3.1 工业计算机  55
    5.3.2 传感器  55-56
    5.3.3 数据采集卡  56-58
  5.4 人机界面软件的选择  58-59
    5.4.1 LabVIEW  58
    5.4.2 Visual Basic 6.0  58-59
    5.4.3 结论  59
  5.5 本章小结  59-60
第6章电磁铁测试系统软件开发  60-71
  6.1 高速数据采集关键技术  60-61
    6.1.1 基于ISA总线的高速数据采集  60
    6.1.2 FIFO存储器技术  60-61
    6.1.3 中断与DMA数据传输方式  61
  6.2 多功能ISA总线数据采集卡PCL—818L  61-63
    6.2.1 PCL-818L性能简介  61-62
    6.2.2 模拟信号输入输出电气连接  62-63
  6.3 PCL-818L中断方式数据采集原理  63-66
    6.3.1 中断数据采集硬件工作原理  63-64
    6.3.2 中断数据采集驱动程序设计  64-66
  6.4 电磁铁测试软件系统  66-69
  6.5 本章小结  69-71
第7章结论及展望  71-73
  7.1 结论  71-72
  7.2 展望  72-73
参考文献  73-76
致谢  76

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