JDC01-038@基于虚拟仪器的液压系统故障快速诊断装置设计
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机械毕业设计全套
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JDC01-038@基于虚拟仪器的液压系统故障快速诊断装置设计,机械毕业设计全套
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1 毕业设计开题报告 设 计 题 目 :基于虚拟仪器的液压系统故障 快速诊断装置设计（软件部分） 院 系 名 称 : 机电工程学院 专 业 班 级 :机械设计制造及其自动化 07-5 学 生 姓 名 : 崔仡鹏 导 师 姓 名 : 刘财勇 开 题 时 间 : 2011 年 3 月 19 日 指导委员会 审查意见： 签字： 年 月 日 nts 2 1 课题研究目的和意义 1.1 设 计目的 随着高新技术在各个传动系统中的广泛应用，传动装置已经发展为复杂集合体。液压传动系统具有结构轻巧、传动比大、运行平稳、有效防止过载、易于实现无级调速和自动化、易于实现自动控制及远距离操纵等优点，被广泛应用于工程机械中。液压系统结构复杂，其内部状态又难以观测，容易发生故障，给液压系统的运行状态监测和日常维护保养带来一定的困难，故障诊断与检测难度大。若液压系统在运行过程中一旦发生意外故障，不能及时诊断维修将会给用户造成重大经济损失。传统的诊断方法是在各检测部位安装压力表、流量计、功率表等检测仪器，通过人 工观察的方式进行，其方法落后、速度慢、精度低、可靠性差、人为影响因素多，需要花费大量的人力和财力，而基于虚拟仪器的快速检测系统在液压系统的故障诊断中充分显示出其优越性，可大大降低故障诊断难度、提高检测精度和速度。 1.2 本项目的研究意义 液压系统具有体积小、重量轻、运动平稳的特点，可以容易地获得较大的力和力矩，并能在较大的范围内方便地实现无级调速，采用液压传动的程度现在已成为衡量一个国家工业化水平的重要标志之一。 但生产设备的液压系统因油液的易污染性和液压元件对污染油液的敏感性而故障频发，液压系统对油液污 染十分敏感，油温及粘度的变化也会对液压系统的工作性能造成很大影响，由于液压系统结构复杂，其内部状态又难以观测，容易发生故障，给液压系统的运行状态监测和日常维护保养带来一定的困难。因此如何有效地对液压系统进行状态检测，提取系统的特征信号，及时发现故障或隐患有着十分重要的工程意义。 因此，生产科研实践提出了开发液压系统现场快速检测系统的要求，随着计算机软硬件技术和计算机辅助测试 (CAT) 技术的发展，使测试技术与计算机技术进行了深层次的结合，完全改变了传统的测量模式。由于 CAT 技术是使用虚拟仪器来组成测试系统 ，而该系统的功能主要靠软件实现，避免了传统测量方法中必不可少的许多分立的测量仪器。因此， CAT 技术减少了测量环节测量精度 ,而对被测信号进行的实时分析和输出显示等均由软件完成，具有强大的图形显示和数据处理能力，测试过程准确，操作简单，测试数据和结果输出迅速、直观 ,能够直接通过软件进行系统的性能分析处理，提高了测试效率，满足在线检测需要nts 3 处理大量数据的要求，为开发通用的多功能、体积小和重量轻的便于携带的“万用表”式的液压元件、系统计算机辅助现场快速检测系统提供了便利条件，对于液压元件和系统的研发以及液压产品的推广 应用具有重要作用。 2. 文献综述 2.1 国外研究概况、水平 作为现代仪器仪表发展的方向，虚拟仪器己迅速发展成为一种新的产业。美国是虚拟仪器的诞生地，也是全球最大的虚拟仪器制造国，生产虚拟仪器的主要厂家 NI、 HP 等公司，目前都生产数百个型号的虚拟仪器产品。这些产品在国际市场上有较强的竞争力，己进入中国市场。 美国 NI 公司在虚拟仪器概念出现以后，推出了图形化虚拟仪器专用开发平台 Lab/VIEW 这种平台采用独特的图形化编程方式，编程过程简单方便，是目前最受欢迎的虚拟仪器主流开发平台。为了兼顾其他高级语言软件开 发者的习惯，NI 还推出了 Lab Windows/CVI、 Componentworks 等交互式开发平台。美国 HP 公司的 HP VEE、 Tektronis 公司的 Ez Test 和 Tek TNS 以及美国 HEM Data 公司的 Snap Marter 平台软件，也是国际上公认的优秀虚拟仪器开发平台。 其中虚拟仪器编程工具 Labwindows/CVI是美国 NI公司利用虚拟仪器技术开发的 32 位而向计算机测控领域虚拟仪器的软件开发，可以在多种操作系统 (如windows2000/XP/NT, Mac OS, Unix 等） 下运行 NI公司的 LabVIEW, LabWindows/CVI, HP公司的 VEE, i0tech公司的 DASLab, KEITHLEY 公司的 VIEWDAC, HEM Data 公司的 Snap-Master 等，最有特色，且应用最广泛，销售量最大的是 NI 公司的 LabVIEW。 虚拟仪器技术的不断发展，各国也在液压系统的测试、控制、仿真、故障诊断等方面成功地应用了虚拟仪器技术，提高了液压系统的工作效率。麻省理工学院和加利福尼亚理工学院联合建立的 LIGO Livingston Observatory 研制了基于虚拟 仪器的液压阀测试试验台，密西西比州立大学研制了由计算机控制的液压系统试验台。并且有许多液压元件制造公司已经把 CAT 用于产品的研制开发、设计定型、生产定型和出厂检验。如美国的 SUNDSTRON 公司的液压传动试验室的 CAT系统，日木制钢所的柱塞泵效率试验台，英国国家实验室拥有计算机控制的 ISO标准试验台，法国机械工业研究中心 (ETTT)也做了类似的工作。 nts 4 2.2 国内研究概况、水平 目前我国高档台式仪器如数字示波器、频谱分析仪、逻辑分析仪等还主要依赖进口，这些仪器加工工艺复杂、对制造水平要求高，生产突破有困难， 采用虚拟仪器技术可以通过只采购必要的通用数据采集硬件来设计自己的仪器系统 ;另一方面，用户可以将一些先进的数字信号处理算法应用于虚拟仪器设计，提供传统台式仪器不具备的功能，而且完全可以通过软件配置实现多功能集成的仪器设计。因此，可以说虚拟仪器代表了未来测量仪器设计发展的方向。 我国液压 CAT 技术经过 20 多年的发展，已有很大进展。从 1980 年开始，一些单位就将单板机或 PC 机应用于液压测试中，但因研制年代较早，硬件的性能均不高。与液压 CAT 密切相关的是测控仪器，最初的测控仪器是传统的模拟仪器，由于人工因素，检测速 度和测试准确性都难以保证。带 GPIB 接口的智能仪器的出现，使得液压 CAT 实现了自动化，但此时计算机在测试过程中只起到记录数据的作用， CAT 系统的性能主要取决于智能仪器。 近几年，我国加强了虚拟仪器在液压 CAT 中的应用研究，取得了可喜的成果。国内也有许多高等院校及科研单位正在进行液压 CAT 的研究工作，并在液压测试中进行一定程度的应用。我国已经研制出一些具有较高性能的液压计算机辅助测试系统，如机械部北京自动化研究所研制的液压元件计算机辅助测试系统，该系统可完成阀及泵的性能测试，北京理土大学研制的液压泵（液压马达 、液压泵 液压马达传动系统）工作特性的计算机辅助试验系统，上海交通大学及昆山液压件厂共同研制的液压阀的特性试验系统，北航开发的液压泵虚拟仪器试验台等。许多厂家也用 CAT 系统来进行液压元件的出厂检验。这些 CAT 系统大都实现了动态测试，数据处理能力增强，功能大大增加。 但是，这些液压系统试验设备主要用于实验室条件下的性能检测，很难直接应用到现场检测。而用于现场液压系统状态检测的仪器主要是手持式或便携式压力表、流量计、温度计，这些仪表功能单一，只能检测到一种物理参数，只能进行测量数值的机械或数字显示，而不能体现液 压元件的性能、特性。因此，开发一套基于虚拟仪器的液压系统故障现场检测系统是非常必要的。 由于虚拟仪器以计算机以及数据采集设备为硬件平台，而计算机强大的存储能力、高速的运算与数据处理能力、图形显示功能，再加上功能强大的软件，刚好可以弥补传统仪器的缺点与不足。既可以很好的满足测试要求，还可以克服传统仪器专用性强的缺点，很容易地对虚拟仪器进行改造，重新组建所需要的新仪器。 nts 5 3 基本内容、拟解决的主要问题 3.1 设计基本内容： 本课题进行基于虚拟仪器的液压系统故障现场快速检测技术的研究 ，操作面板和知识框图如图 3.1、图 3.2 所示。 图 3.1 温度检测面板 图 3.2 知识框架图 nts 6 因为我们实验中的原始信号并非是直接可测的电信号，所以我们需要有，由采集软件（或采集模块）进行检测，并且需要相应的软件（或模块）对其以采集的数据进行显示（辅助检测人员操作），以及对数据的分析和最后进行对数据的存储。 该课题软件系统由四大部分组成。 1数据采集模块； 2信号实时显示模块；3信号处理和分析模块； 4. 采集数据的保存，通过对这 4 大部分的研究与应用即可完成对液压系统中温度、压力、流量的检测。 1 数据采集模块 数据采集模块负责采集 传感器所检测到的数据，主要用 labview 中的DAQ-max VI 来实现其功能。 2 信号实时显示模块 显示模块负责显示数据，并把数据以波形图和图表两种形似反应给程序操作人员。 3 信号处理和分析模块 程序中最重要的模块，他的第一个功能是把采集到的波形进行过滤，使其更加符合真实值、减少误差。第二个功能是用 labview 中的条件结构建立一个判定程序，实现实时报警功能。 4 采集数据的保存 主要功能就是把检测到的数据进行保存。 3.2 拟解决的主要问题 : 1、对检测软件的选择以及对软件的安装和调试，使其满足本课 题对数据处理能力的要求和其他检测要求。 在进行软件的安装和使用时，要加入 DAQ-max 模块，以及其他模块。这样才可以更好的辅助测量。 2、如何实现软件对实验数据的采集。 可以用模拟信号代替真实信号，再用 Daq-max 中的数据采集功能对数据进行采集。 3、如何实现显示采集信号以及显示信号和实验采集数据的同步。 建立一个拥有图像以及数表的操作平台，并用 labview 中的生产者消费者结构同步数据，实时反映当前测量值，从而达到数据显示和数据采集同步的要求。 4、如何解决对已采集的信号处理，如何实现对数据的分析。 采集的数据往往有噪声、有干扰，要进行对信号的滤波使其更加精准更加贴近真实值。 nts 7 5、如何实现以采集数据和结果的存储与保存。 采集的数据要有存储功能，方便以后分析。 6、 软件可自主处理部分采集的数据，并且监控液压系统，当液压系统某些数据超过软件所设定的上限值时，有报警功能。 软件要有实时报警功能，提醒程序操作人员实时值是够超出设定范围并且范围可调。 4 技术路线或研究方法 本课题的研究就是分析并找出液压元件及系统性能测试中的共同的特点，研究探讨适合液压元件及系统性能测试的方法，并用 labview 软件编制测试所 用的程序。 技术路线和试验方案： 1、研究液压系统的组成和基本参数。 2、利用 labview 编制所需的测试软件。 3、利用测试软件中的数据采集模块，实现对试验过程中压力、流量、 流速等参数的采集。 4、利用测试软件中的信号处理和分析模块对数据进行处理，并且进行系统性能分析计算和特性曲线的绘制，并完成检测结果的保存。 5. 进度安排 2011.2.28-2011.3.20 查阅文献，收集资料，撰写开题报告，翻译英文文献； 2011.3.21-2011.4.3 确定设计方案，选择设计软件 进行总体设计； 2011.4.4-2011.4.24 设计 数据采集和实时显示模块 ； 2011.4.25-2011.5.15 设计信号处理、分析和数据保存模块； 2011.5.16-2011.6.5 软件程序总体运行并调试； 2011.6.6 -2011.6.17 撰写设计说明书，整理资料，准备答辩。 6. 主要参考文献 1 邓焱，王磊 . LabVIEW7.1 测试技术与仪器应用 M. 北京：机械工业出版社，2004 2 杨小强 . 基于虚拟仪器技术和 PDA 的工程机械液压系统检测仪 J. 机械制nts 8 造， 2005（ 12） 3 金毅 . 基于虚拟仪器的液压故障诊断系统设计 J. 微计算机信息， 2010（ 4） 4 袁海龙 . 挖掘机液压系统检测仪的研制 J. 仪器仪表与分析监测， 2010（ 1） 5 侯国屏 . LabVIEW7.1 编程与虚拟仪器设计 M. 北京：清华大学出版社， 2005 6 胡建平 . LabVIEW8.20 程序设计从入门到精通 M. 北京：清华大学出版社 ,2007 7 徐超 .LabVIEW 在实时测控系统中的应用研究 D.2005,04 8 肖百川 .QCS003A 液压实验台计算机测控系统的设计与实现 D.2003,10 9 罗梅伟 .基于 LabVIEW 的超高液压元件性能试验系统 D.2005,03 10 刘金鹏 .基于 LabVIEW 的液体加热器虚拟测试系统的研究与设计D.2005,05 11 赵春艳 .基于虚拟仪器的电液比例阀动静态特性 CAT 系统及其小波消躁处理 D.2006,01 12 马俊功，王世富，王占林 .基于虚拟仪器的机载智能泵测试系统研究 A.仪器仪表学报， 2003， 24(4)： 641-643 13 杨超 .基于虚拟仪器的液压泵 /马达性能测试系统研究 D.2006,01 14 高亚东，博周东 .基于虚拟仪器的液压元件通用测试系统 J.液压与气动学报， 2003,(4):35-37 15 刘成平 .基于虚拟仪器技术的液压系统动态测试仪的研究与开发 -软件设计D.2004,04 16 孟令琴，陈玉军，杨晓峰等 .基于虚拟仪器技术的液压装置参数检测系统 . B.中国制造业信息化应用研究， 2006， 35（ 5）： 63-66 17 王静 .基于虚拟仪器技术的液压综合测试系统设计与研究 D.2004， 01 18 谢武斌 .虚拟式流量压力分析仪 D.2006.06 19 唐道旭，刘志忠，朱建安，郭培红 .虚拟仪器技术在比例阀 CAT 系统中的
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