论文开题报告(封面有新格式)

中 北 大 学 毕业设计开题报告 学学 生生 姓姓 名 名 学学 号 号 学学 院院 系系 专专 业业 设设 计计 题题 目目 指指 导导 教教 师师 年 月 日 开题报告填写要求 1 开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的 依据材料之一 此报告应在指导教师指导下 由学生在毕业设计工 作前期内完成 经指导教师签署意见及所在系审查后生效 2 开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格 式 可从教务处网页上下载 打印 禁止打印在其它纸上后剪贴 完成后应及时交给指导教师签署意见 3 学生写文献综述的参考文献应不少于 15 篇 不包括辞典 手册 文中应用参考文献处应标出文献序号 文后 参考文献 的书写 应按照国标 GB 7714 87 文后参考文献著录规则 的要 求书写 不能有随意性 4 学生的 学号 要写全号 如 0201140102 不能只写最 后 2 位或 1 位数字 5 有关年月日等日期的填写 应当按照国标 GB T 7408 94 数据元和交换格式 信息交换 日期和时间表示法 规定的要 求 一律用阿拉伯数字书写 如 2004 年 3 月 15 日 或 2004 03 15 6 指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写 不得随 便涂改或潦草书写 毕毕 业业 设设 计计 开开 题题 报报 告告 1 结合毕业设计情况 根据所查阅的文献资料 撰写 2000 字左右的文 献综述 文文 献献 综综 述述 一 课题的研究意义一 课题的研究意义 转动惯量 J 是刚体转动中惯性大小的量度 是刚体力学中一个非常重要的物理量 是精密仪器 工程机械 武器系统 航空航天等领域许多零部件和产品的重要评价参 数之一 是产品设计 制造及质量保证的依据 因此对转动惯量的测量及测量方法的优 化有很重要的研究意义 1 本文对基于复摆运动相平面分析对转动惯量进行测量的这 一新方法中编码器误差对测量误差的影响成因及程度进行分析 证明了这一方法优越 性的同时为今后改进实验减小误差的工作提供帮助和思路 二 国内对转动惯量测量研究的现状二 国内对转动惯量测量研究的现状 传统的转动惯量测量方法是通过测量扭摆或复摆的振动周期来推算被测体的转动 惯量 扭摆法分为立式扭振法和卧式扭摆振 但以上这两种方法由于无法消除摩擦力 矩和空气阻力矩对测量精度有一定影响 2 且将极转动惯量和赤道转动惯量分开来测 这就使测量变得比较繁琐 另外 这些方法用于测量小型结构时可达到较高的精度 测量大型物体时就会产生较大的误差 本文所研究的复摆测量方法就很好地解决了以上问题 不仅避免了重复定位 减小 了误差 而且节省了设备的投入 同时用复摆原理研制的测量仪器 在系统结构上 复摆 法比立式和卧式扭摆法要简单 3 在这种方法中对一个光学编码器采得的 转角 时间 信号进行运算 得到被测体的转动惯量值 这种方法的一个误差来源是光学编码器误 差 本文就是在掌握复摆法测量转动惯量的基础上研究编码器误差对转动惯量误差的影 响程度 4 三 理论解析三 理论解析 1 所谓转动惯量就是转动体对某轴转动惯性的大小的描述 其定义为 I miri2 即转动惯量等于各质点的质量与该质点到转轴距离平方乘积之和 因此 I 的单位为 kg m2 相应定理有垂直轴定理一个平面刚体薄板对于垂直它的平面轴的转动惯量 等 于绕平面内与垂直轴相交的任意两正交轴的转动惯量之和 5 表达式 Iz Ix Iy 2 复摆是在重力作用下 能绕通过自身某固定水平轴摆动的刚体 又称物理摆 复 摆的转轴与过刚体质心 C 并垂直于转轴的平面的交点 O 称为支点或悬挂点 摆动过程 中 复摆只受重力和转轴的反作用力 而重力矩起着回复力矩的作用 设质量为 m 的 刚体绕转轴的转动惯量为 I 支点至质心的距离为 s 则复摆微幅振动的周期 6 T 2 I mgs 式中 g 为重力加速度 它相当于摆长 l I ms 的单摆作微幅振动的 周期 在 OC 的延长线上取 O 点使 OO l l 称等价摆长 则此点称为复摆的摆动中 心 支点和摆动中心可互换位置而不改变复摆的周期 知道 T 和 l 就可由周期公式求 出重力加速度 g 当复摆受到一个冲量作用时 会在支点上引起碰撞反力 7 若转轴是 刚体对支点的惯量主轴 外冲量垂直于支点和质心的连线 OC 且作用于摆动中心 O 上 则支点上的碰撞反力为零 因此 复摆的摆动中心又称撞击中心 3 光学编码器是将圆光栅莫尔条纹和光电转换技术相结合 将机械轴转动的角度 量转换成数字信息量输出的一种现代传感器 9 光学编码器监控机械部件的旋转或位置 包括绝对值型和增量型 增量型光学编 码器成对使用计量光栅 分别称为标尺光栅和指示光栅 光栅式测量是根据波动光学 中光的干涉和衍射的特性 利用光通过相叠的两片光栅片时形成莫尔条纹的原理进行 的 10 光学编码器中的莫尔条纹信号质量光栅角度测量系统利用光学编码器读头检测 到的叠栅条纹信号实现角度测量 信号的质量主要由信号的等幅性和占空比等性质决 定 叠栅条纹信号的质量虽然在光学编码器的设计中得到有力的保证 但由于配件的 加工工艺和系统的装调工艺等因素 在实际测量系统中 两光栅码盘中心轴之间及其 与系统转动中心之间总会产生偏心现象 进行测量操作时 由于转轴间隙 两光栅码 盘中心轴之间也会产生晃动现象 这影响了光学编码器读头检测到的叠栅条纹信号的 相位 因而影响了信号的正交性和占空比 给角度测量带来了一定的系统误差 11 4 有关相平面 设一个二阶系统可以用下面的常微分方程 来描述 0 xxfx 其中是和的线性或非线性函数 在一组非全零初始条件下和不全为 xxf x x 0 x 0 x 零 系统的运动可以用解析解和描述 如果取和构成坐标平面 则系统 tx t x x x 的每一个状态均对应于该平面上的一点 这个平面称相平面 12 当 变化时 这一点 t 在 平面上描绘出的轨迹 表征系统状态的演变过程 该轨迹就叫做相轨迹 13 x x 5 数值模拟也叫计算机模拟 它以电子计算机为手段 通过数值计算和图像显示 的方法 达到对工程问题和物理问题乃至自然界各类问题研究的目的 首先要建立反 映问题 工程问题 物理问题等 本质的数学模型 14 具体说就是要建立反映问题各 量之间的微分方程及相应的定解条件 数学模型建立之后 需要解决的问题是寻求高 效率 高准确度的计算方法 计算方法不仅包括微分方程的离散化方法及求解方法 还包括贴体坐标的建立 边界条件的处理等 15 在确定了计算方法和坐标系后 就可 以开始编制程序和进行计算 四 观点综述四 观点综述 有下图可看出 由于安装过程或测量中的震动可造成码盘的偏心影响角速度的测 量准确性 图一 光学编码器偏心结构示意图 分析成因可知偏心后 可能影响到角速度测量精度的参数有 偏心中心 C 与码盘 质心 O 之间的距离 e 角加速度 以及 OC 与水平轴的夹角 可通过计算得到相关 tg 方程即可同标准曲线作比较计算出误差影响的程度 etght 通过研究码盘偏心时莫尔条纹分布图样的特征 从实际情况出发分析码盘偏心对 信号稳定的影响得知条纹的宽度随码盘的偏心程度的变化而变化 偏心程度越小 所 读条纹越宽 占空比越大 偏心程度越大 所读条纹越窄 占空比越小 参考文献参考文献 1 侯文 郑宾 杨瑞峰 基于复摆运动相平面分析的转动惯量测量新方法 J 应用基 础与工程科学学报 2003 11 3 323 328 HOU Wen ZHENG Bin YANG Rui feng A novel method for measuring moment of inertia based on phase plane analysis of compound pendulum movement J Journal of Basic Science and En2003 11 3 323 328 in Chinese 2 肖松山 兰子穆 赵友全 码盘偏心对编码器测量的影响 光电工程 2007 34 10 3 徐华 刘淑琴 虞烈 转动惯量测试台磁悬浮系统电磁阻尼的研究 J 西安交通大 学学报 2001 35 12 1291 4 方艳辉 龙科慧 刘焕雨 等 增量式编码器数字量相加技术的研究 J 长春理 工大学学报 2004 9 3 101 103 5 罗长洲 孙岩 高立民 等 码盘偏心对叠栅条纹信号相位影响的理论分析 J 光 学学报 2003 8 8 1013 1016 6 李义化 张迎春 李葆华 等 高精度转动惯量测量仪分析与设计 J 计量学报 2004 25 2 250 253 7 孟泉水 班丽瑛 朱金山 用复摆法测量刚体的转动惯量 J 西安科技大学学报 2003 23 4 478 480 3 AlbertW C Force sensing using quartz crystal flexure resonators C Proc38th IEEE Ann Freq CtrlSymp 1984 233 239 9 高明 王惠源 复杂形状零部件转动惯量测试方法研究 J 测试技术学报 2001 15 1 65 68 10 贺占魁 樊启泰 复杂不规则刚体转动惯量的测试原理和方法 J 机械设计与研 究 2003 19 2 59 61 11 EerNisse P Quartz pesonatorsvstheir environment Time base or sensor J Jpn JApplPhys 2001 40 3479 3483 12 向义和 大学物理导轮 M 北京 清华大学出版社 1999 251 256 13 Clayton L D Eernisse E P Quartz thickness shearmode pressure sensor design for enhanced sensitivity C Proceedings of the 1997 IEEE InternationalVolume FrequencyControlSymposium 1997 175 182 14 李红军 吴 凡 刘恩海 计量光栅信号质量综合评价系统 J 光电工程 2002 8 35 38 15 罗长洲 孙岩 高立民 等 码盘偏心对叠栅条纹信号相位影响的理论分析 J 光学学报 2003 8 8 1013 1016 毕毕 业业 设设 计计 开开 题题 报报 告告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段 途径 一 一 本课题要研究或解决的问题本课题要研究或解决的问题 本课题对基于相平面法的转动惯量测量方法中编码器产生误差的影响进行研究 掌握该方法的原理 从中分析造成编码器误差的因素 找出主要因素估算这个误差对 于测量结果的影响 通过查阅相关文献了解题目研究内容 学习材料力学 动力学 matlab 软件使用 等知识最终建立数学模型 完整描述基于相平面法的转动惯量测量方法工作原理 建 立数学模型 描述编码器分度中心与摆轴的不同心时的误差 用数值模拟的方法来估 算这个误差对于测量结果的影响 二 二 拟采用的研究手段 拟采用的研究手段 1 首先理解基于复摆运动相平面分析的转动惯量测量的方法 图二 复摆示意图 有图分析力矩的一下公式 1 sgn sin 2 2 x RM dt d mgS dt d J 其中 M 为摩擦力矩 cos mgM 为空气阻力力矩 由于空气阻力与速度的平方成正比 而速度由于角速度成正比 所以又 1 式中由于是左右摆动所以阻力矩有两个方向 2 dt d KRx 0 0 1 1 sgn dtd dtd dt d 令 可得到 下列表达式 dt d yx y cyxbxa dx dy 2 cos sin y cyxbxa dx dy 2 cos sin 其中 2 JKcJmgbJmgSa 带入已知边界条件得到 3 0 5 02 sin 2 cos 2 2 2 1 y c eCxbacxabc y cx 4 0 5 02 sin 2 cos 2 2 2 1 y c eCxbacxabc y cx 用接缝法画出相应相平面图如下 由于 4 08 00 00 dt d dt d dt d EDB 分别把 B D E 点带入方程 3 4 可求得 5 02 4 0sin 2 4 0cos 2 5 02 8 0sin 2 8 0cos 2 5 02 2 2 8 0 1002 2 6 1 1002 2 12 0 0 c eCbacabc c eCbacabc c Cabc c E c DB 通过一系列计算方法由方程 2 可得转动惯量 amgSJ 分析编码器误差产生的原因 1 安装中造成的偏心 2 测量过程中由于震动产生的偏心 3 用数值模拟的方法秋初标准的曲线t 根据公式 可以通过相关算法在 matlab sgn sin 2 2 x RM dt d mgS dt d J 软件或者 maple 软件中求出若干数值解 得到相应的 t 拟和标准曲线 进而求得标 准的关系曲线 备以后续实际曲线比较 t 4 计算实际编码器测量中的方程 t 通过对各参数的几何以及力学分析建立数学模型 计算得出相应的微分方程 在 matlab 软件中绘制相应的曲线图 将此图与步骤 3 中的 etght t 标准曲线整合 比较影响的程度 毕毕 业业 设设 计计 开开 题题 报报 告告 指导教师意见指导教师意见 指导教师 年 月 日 所在系审查意见 系主任 年 月 日 附件 参考文献格式附件 参考文献格式 学术期刊学术期刊 作者 论文题目 期刊名称 出版年份 卷 期 页次 如果作者的人数多于 3 人 则写前三位作者的名字后面加 等 作者之间以逗号隔 开 例如 1 李峰 胡征 景苏等 纳米粒子的控制生长和自组装研究进展 无机化学学报 2001 17 3 315 324 2 J Y Li X L Chen H Li Fabrication of zinc oxide nanorods