测控典型应用案例多功能转子台

会计学1测控典型应用案例多功能转子台©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/182一开发背景风机、机床、发电机等工业设备的核心运动部件都是高速旋转的转子，为了保证这些旋转设备的正常运转，需要对旋转设备运行过程中的各种状态进行检测和控制，以防止事故的发生，多功能转子实验台就是此类旋转设备的典型模型。第1页/共32页©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/183二多功能转子台简介1系统介绍多功能转子模块是鸥鹏科技研发的新一代测控教学平台。它以转子为主要研究对象，集成了直流电机、机械转子和转轴、五种传感器。对转子转速，转子振动，转轴轴心轨迹等物理量进行精确测量，并将原始信号通过数字采集卡实现模数转换，经过数据分析处理后用人机交互的形式反映到用户控制面板上面。2软件环境采用了虚拟仪器技术，以LabVIEW软件为测控核心，在个人电脑上实现“软件即仪器”。第2页/共32页©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/184二多功能转子台简介3数据采集卡

TS-INQ-8U-DA

分辨率：12位模拟输入范围：0~5V，0~10V，±5V4硬件环境联轴器，转轴，轴座，转子，底座，传感器夹具，轴套，减震支脚。5运动控制模块直流伺服电机，基于DSP技术的智能控制器。第3页/共32页©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/185二多功能转子台简介6传感器共六种传感器：光电编码器、光电开关传感器、磁电传感器、电涡流传感器、振动速度传感器、振动加速度传感器。可以测量位移，速度，加速度；转角，转速，转动加速度。7功能 测量到控制。包括：电机电流环控制、速度环控制、速度频率响应；轴心轨迹测量、振动测量、四种方式进行转速测量。第4页/共32页©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/186二多功能转子台简介8转子台测控原理图9产品特色(1)我们的测控软件非常接近于程序设计的流程图，可读性高，参照这种编程模式，可以缩短编程时间。LabVIEW平台指令及数据分析电机按设速转动变化的物理量模电信号多路数采卡第5页/共32页©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/187二多功能转子台简介(2)提供封装好的、基于LabVIEW语言的调用智能控制模块的DDL。(3)我们设计的实验例程涵盖了实验需要的基本设计结构，以及必备的函数，具有很强的示范作用，有助于快速上手。(4)程序编好后，提供的缩微对象能够立刻检验测控程序的优劣。(5)数据采集和控制环节是并行处理的，极大简化了程序的复杂度。第6页/共32页©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/188三多功能转子台工程实验1直流伺服电机电流环控制实验

(1)原理电流环是电机的内环，当电机保持恒定转速的时候，如果电机负载发生变化或者扰动，电机的实际电流也应当相应的变化，保持电机的稳定。这就需要电流环的响应（包括瞬态响应和稳态响应）达到要求，否则控制目标无法实现。第7页/共32页©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/189三多功能转子台工程实验(2)实验环境：Easymotionstudio(3)调参方法：比例+积分环节工业上调节PI参数的一般过程是：首先将将Kp、Ki设置为0

第8页/共32页©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1810三多功能转子台工程实验从0开始增加比例环节Kp，直到产生振荡第9页/共32页©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1811三多功能转子台工程实验将Kp减小到一半。第10页/共32页©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1812三多功能转子台工程实验从0开始逐渐增加Ki，直到稳态误差为0。第11页/共32页©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1813三多功能转子台工程实验2直流伺服电机速度环控制实验

(1)原理：速度环的信号有两个，一个是参考信号，另一个是反馈信号，参考信号由上位机给定，也可以由位置环给定，这个信号代表我们期望的电机转速或者电机应该达到的理论转速。反馈信号由编码器测量，编码器采用500线位，4分频，旋转一周产生2000个脉冲。通过记录单位时间内脉冲个数测量转速。

(2)时域响应第12页/共32页©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1814三多功能转子台工程实验速度环正常时域响应速度环参数不合理时的时域响应第13页/共32页©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1815三多功能转子台工程实验3直流伺服电机速度频率响应实验

(1)原理频率响应反映出对象的动态特性，通过电机频率响应实验能够了解直流伺服电机的响应带宽。电机工作地时候，参考信号必须设置在信号带宽以内。

(2)直流伺服电机的速度频响特性幅值，相位都与参考相同第14页/共32页©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1816三多功能转子台工程实验幅值相同，相位滞后幅值减小，相位滞后第15页/共32页©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1817三多功能转子台工程实验4轴心轨迹测量实验

(1)原理转子运动时，由于转子质量分布不均、动不平衡等原因，造成轴的径向移动。径向移动过大，表明机械设备振动大，必须进行必要的调整，以免损伤机器或者威胁人身安全。通过测量轴在径向平面的运动状态可以帮助工程师实时的跟踪轴心运动轨迹，监控振动强度。

(2)传感器选型为避免轴振动带来的接触损害，一般使用非接触式传感器测量轴的径向移动。

电涡流传感器第16页/共32页©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1818三多功能转子台工程实验(3)传感器原理(4)传感器安装方案：2个电涡流传感器垂直安装在轴侧。

高频振荡电流高频电磁场金属表面电涡流交变磁场距离不同，线圈叠加阻抗不同前置器输出成正比电压第17页/共32页©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1819三多功能转子台工程实验(5)李萨茹图显示轴心轨迹如图两轴振动相位相差45度，轴心轨迹为一封闭曲线，x,y坐标轴显示实时的电涡流传感器读数。第18页/共32页©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1820三多功能转子台工程实验5振动速度传感器-振动测量实验

(1)原理机械结构在工业现场环境中的安全性、可靠性必须得到保证。这就需要在现场安置传感器对振动位移、速度、加速度等参量进行测量。上面介绍的轴心轨迹实验实际上也是对振动位移的一种测量。通过测量振动位移可以研究振动的强度和变形。通过测量振动速度可以研究振动的动量和功率，以及噪声。通过测量振动加速度可以研究作用力与载荷，是研究动力强度和疲劳的重要依据

(2)振动速度传感器振动速度传感器用于对轴承座、机壳或结构相对于自由空间的绝对振动测量。其输出电压与振动速度成正比，这种测量可对旋转或往复式机构的综合工况进行评价。第19页/共32页©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1821三多功能转子台工程实验设备振动线圈与磁铁相对运动切割磁力线线圈内产生感应电压该电压值正比于振动速度值振动速度传感器结构示意第20页/共32页©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1822三多功能转子台工程实验(3)传感器的安装两种安装方式：磁座安装螺丝安装(4)振动频谱相关法测量振动频谱第21页/共32页©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1823三多功能转子台工程实验6转速测量实验光电开关测量转速

(1)原理本实验使用的光电传感器是一种反射式的光电传感器，测量主要由被测旋转部件、反光片（或反光贴纸）、反射式光电传感器组成。在本实验中，只安装了一片反光贴纸，因此，当旋转部件上的反光贴纸通过光电传感器前时，光电传感器的输出就会跳变一次。通过测出这个跳变频率f，就可知道转速n。第22页/共32页©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1824三多功能转子台工程实验(2)传感器的安装(3)测量信号分析原始信号第23页/共32页©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1825三多功能转子台工程实验(4)测量结果原始信号的频谱分析带限滤波后的频谱分析第24页/共32页©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1826三多功能转子台工程实验磁电传感器测量转速

(1)原理磁电传感器的核心部件有衔铁、磁钢、线圈几个部分，衔铁的后部与磁性很强的磁钢相接，衔铁的前端有固定片，其材料是黄铜，不导磁。线圈缠绕在骨架上并固定在传感器内部。磁电转速传感器是和测速（发讯）齿轮配合使用的。当测速齿轮随被测旋转轴同步旋转的时候，齿轮的齿顶和齿根会均匀的经过传感器的表面，引起磁隙变化。在探头线圈中产生感生电动势。在已知发讯齿轮齿数的情况下，测得信号的频率就可以计算出测速齿轮的转速。如设齿轮齿数为N，转速为n，信号频率为f，则有：

n=f/N第25页/共32页©2008Open-Tech.Allrightsreserved.2023/1/1827三多功能转子台工程实验(2)传感器安装(3)测量信号分析原始信号滤波第26页/共32页©2008Open-