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交流电机变频调速系统振动特性分析与研究

作　者: 李莉
导　师: 李文
学　校: 大连交通大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 虚拟仪器 振动信号采集 信号处理 电机转速控制系统 PID控制
分类号: TM34
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


电机作为工业领域中的重要电气设备被越来越广泛的应用,其在实际生产过程中会不可避免的产生振动和噪声,影响设备的精确性和稳定性的同时也带来了噪声污染。如何测试、分析和抑制电机的振动和噪声愈益引起人们的重视。为了便于找到更加有效的分析、控制系统来抑制振动和噪声,我们结合虚拟仪器技术,构建了交流电机变频调速系统振动特性的测控分析平台。本课题在实验的基础上,利用LabVIEW编程语言,设计并实现了交流电机振动数据采集、分析平台以及交流电机转速控制实验平台,主要工作如下：1、电机振动数据采集装置的软硬件设计。采用美国国家仪器公司(简称NI)的配套产品NI-9234作为数据采集模块,利用加速度传感器将电机振动信号传送至数据采集模块,经内部处理后由USB口送至计算机。结合LabVIEW软件编程,实现电机振动信号的实时采集、显示、存储、回放等功能；2、电机振动数据测试分析平台软件设计。以LabVIEW为软件开发平台,根据对测试平台功能的基本要求,软件设计采用了模块化结构。振动数据测试分析以频谱分析为核心,主要包括功率谱分析模块、谐波分析模块、STFT时频分析模块,实现对电机振动信号的分析与处理,为对振动信号的深入分析与研究提供平台；3、电机转速控制系统的硬件构成。该系统由速度传感器、数字输入输出模块、变频器以及D/A模块构成。通过对系统各部分接线及参数设置与调试,完成了交流电机转速控制反馈系统的构建；4.、电机转速控制系统的软件设计。运用DAQmx编程实现了基于脉冲边沿计数的PID控制系统；完成电机转速控制监控界面的前面板设计；结合LabVIEW与MATLAB两种编程语言的优点在程序中引入与MathScript的接口,调用以MATLAB编写的其他控制算法,方便日后不同控制律作用下电机振动情况的研究；完成电机转速控制系统的参数整定、调试和运行。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-17
  1.1 选题背景、意义与研究内容  10-11
  1.2 振动特性分析的发展及现状  11-15
    1.2.1 振动测试分析仪器的发展  11-12
    1.2.2 虚拟仪器技术的发展  12-14
    1.2.3 振动分析的研究现状  14-15
  1.3 本文的主要结构  15-17
第二章 电机振动特性分析基本理论  17-27
  2.1 振动数据采集理论  17-20
    2.1.1 振动测试内容  17-18
    2.1.2 数据采集原理和实现  18-19
    2.1.3 采样频率与频率混叠  19-20
  2.2 振动分析基本概念  20-22
    2.2.1 傅里叶变换  21-22
    2.2.2 离散傅里叶变换和快速傅里叶变换  22
  2.3 振动分析主要方法  22-26
    2.3.1 滤波和加窗处理  22-24
    2.3.2 频谱分析  24-25
    2.3.3 谐波分析  25
    2.3.4 STFT时频域分析  25-26
  本章小结  26-27
第三章 电机振动数据采集与分析系统开发  27-47
  3.1 数据采集模块硬件设计  27-32
    3.1.1 系统硬件构成  27-28
    3.1.2 传感器及其布置  28-30
    3.1.3 数据采集装置  30-32
  3.2 数据采集模块软件设计  32-36
    3.2.1 软件开发环境LabVIEW  32-34
    3.2.2 数据采集模块实现  34-36
  3.3 信号分析模块软件设计  36-41
    3.3.1 滤波和加窗处理模块实现  36-38
    3.3.2 幅度谱和功率谱分析模块实现  38-39
    3.3.3 谐波分析模块实现  39-40
    3.3.4 STFT分析模块实现  40-41
  3.4 电机振动谱图及分析  41-46
  本章小结  46-47
第四章 基于Lab VIEW的电机转速控制系统开发  47-64
  4.1 电机转速反馈控制系统总体结构设计  47-48
  4.2 电机转速反馈控制系统硬件实现  48-51
    4.2.1 数字输入输出模块及接线  48-49
    4.2.2 模拟输出模块及接线  49-51
  4.3 电机转速PID控制实现  51-57
    4.3.1 传统PID控制算法  51-52
    4.3.2 参数整定方法  52-54
    4.3.3 PID控制器的LabVIEW实现  54-57
  4.4 基于MathScript节点的分数阶PID控制器实现  57-61
  4.5 电机转速控制实验  61-63
  本章小结  63-64
第五章 总结与展望  64-66
参考文献  66-68
攻读硕士学位期间发表的学术论文  68-69
致谢  69-70

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 交流电机
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