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湖北工业大学硕士学位论文回转机械振动测试与控制系统姓名：吴琴申请学位级别：硕士专业：精密仪器及机械指导教师：史铁林;钟飞20100301湖北工业大学硕士学位论文I摘要在回转机械振动研究领域中，振动测试与控制是理论研究和工程应用的核心课题。研究回转机械的振动，在工程测试领域有重要的实践意义。在回转机械的振动主动控制过程中，主动控制理论、电磁控制理论和PID控制有着重要的应用。回转主轴是回转机械中的一种，本文应用主动控制和电磁控制技术，以回转主轴为主要研究对象，对回转主轴的振动测试和振动控制进行了探讨。在本文中，主要研究回转机械中回转主轴的振动控制。本文主要的工作概括起来有以下三点：1.分析了回转机械振动研究的现状和存在的问题，从现场振动诊断学角度考虑，讨论了回转机械振动的原理和分类的方法，包括按振动的规律、振动产生的原因、振动的频率进行分类，阐述了回转机械振动被动控制与主动控制的方法。2.构建了回转机械振动测试与控制系统平台，设计了该系统平台的软硬件。硬件部分包括转子实验台、传感器、采集卡、PC机、控制输出卡、电磁控制器等。软件部分是在编程软件LabVIEW中完成系统程序程序界面和代码编写。以回转主轴的振动为测试对象，完成了采集测试软件的实验调试。3.利用在回转机械中振动控制的理论和策略，以回转主轴的振动情况为研究对象、利用LabVIEW软件的强大功能函数，在LabVIEW中开发了回转主轴振动控制软件系统，利用电磁控制器和PID控制模块对回转主轴的振动进行了主动控制，对振动控制实验进行结果分析，验证了实验的控制效果和可行性。回转机械振动测试与控制系统应用于湖北省自然科学基金项目，对改善主轴的偏转具有很好的控制效果。此系统对促进转子故障诊断技术的发展有实际意义，能够有效控制转子的有害偏转，保证设备的安全运行具有一定的实用价值。将本系统运用于实践，在振动主动控制方面具有很重要的实用价值工程意义。关键词：回转机械，故障振动，主动控制，LabVIEW湖北工业大学硕士学位论文IIAbstractInthevibrationfieldofrotatingmachinery,vibrationtestingandcontrolisthecoretopicofthetheoreticalresearchandengineeringapplications.Inthefieldofengineeringtest,studyingthevibrationofrotatingmachineryhasanimportantpracticalsignificance.Intheactivevibrationcontrolofrotatingmachineryprocess,theactivecontroltheory,electromagneticcontroltheoryandPIDcontrolhaveimportantapplications.Rotaryspindleisoneoftherotatingmachinery.Inthispaper,weuseactivecontrolandelectromagneticcontroltechnologies;maketherotaryspindleasthemainstudyingobject,thendiscussthevibrationtestingandvibrationcontroloftherotaryspindle.Inthispaper,themainresearchisthevibrationcontrolofrotatingspindleinrotatingmachinery.Thispapercontainsthreepartsasfollows:Firstly,thispaperanalyzesthestatusquooftheresearchandexistingproblemsoftherotatingmachineryvibrationstudy.Fromtheviewofthelocalevibrationdiagnostics,thepaperdiscussestheprincipleandclassificationmethodsofrotatingmachineryvibration,includingtheclassificationmethodsbythevibrationlaw,thevibrationcausesandthevibrationfrequencies,expoundsthepassivecontrolandtheactivecontrolmethodsoftherotatingmachineryvibration.Secondly,thestudyistobuildaplatformforrotatingmachineryvibrationtestingandcontrolsystem,andtodesignthehardwareandsoftwareofthesystemplatform.Thehardwarecomponentsincludetherotortest-bed,sensors,thecapturecard,PC,controloutputcards,magneticcontrollerandsoon.ThepaperisbasedontheLabVIEWprogrammingsoftwaretocompletethesystemprogramminginterfaceandcodingprocedures.Takingthevibrationofrotatingspindleasthetestobject,thestudyfinishesthedebuggingoftheacquisitionandtestingsoftware.Thirdly,accordingtothetheoriesandstrategiesintherotatingmachineryvibrationcontrol,thestudymakesthevibrationofrotatingspindleastheresearchobject,usingthepowerfunctionsofLabVIEWsoftware,anddevelopingarotaryspindlevibrationcontrolsoftwaresystemintheLabVIEW.ThenitusestheelectromagneticcontrollerandPIDcontrolmoduletoactivethecontrolofvibrationoftherotaryspindle.Afterthevibrationcontrolexperimentandtheanalysisoftheresults,itverifiestheeffectivenessandfeasibilityofthesystem.VibrationtestingandcontrolsystemforrotatingmachineryisusedforHubeiProvinceNaturalScienceFoundationproject;ithasgoodcontroleffectsforthespindledeflection.Thissystemhaspracticalsignificanceinpromotingthedevelopmentofrotorfaultdiagnosistechnology,alsocancontroltheharmfuldeflectionoftherotoreffectivelyandhasacertainpracticalvaluetoensurethesafeoperationoftheequipment.Thesystemwillbeputintopractice,andwillhaveaveryimportantpracticalvalueandengineeringsignificanceinthevibrationactivecontrol.Keywords:Rotatingmachinery,Faultvibration,Activecontrol,LabVIEW学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖北工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日湖北工业大学硕士学位论文1第1章绪论1.1课题的来源、目的及研究意义1.1.1课题来源本学位论文课题来源于以下项目：(1)湖北省自然科学基金项目（编号：2008CDB293）——基于相位的旋转机械振动的主动控制理论与控制装置设计；(2)湖北省自然科学基金项目（编号：2006ABA032）——基于数据挖掘的故障特征识别与趋势预测理论与方法研究；(3)教育部重点项目（编号：205100）——数据挖掘的大型机电设备故障诊断监测数据库知识发现方法研究；(4)国家自然科学基金项目（编号：50375047）——基于无监督学习的未知异常状态监测与故障诊断方法研究。1.1.2课题目的及研究意义旋转机械是工业应用最广的机械之一，它最关键的部件是转子[1]，转子正常旋转与否决定着整个设备的工作正常与否。为减少设备故障造成的各种损失，需加强对旋转机械的转子运行情况的振动测试分析和振动控制，而回转主轴的振动信号无疑是测试分析机械故障状态的信息来源。应用适当的信号处理方法分析转子异常信号，可准确提供机械故障的诊断依据。同时，采集、分析转子正常运转时的信号，可与异常信号对比，作为参照；准确地分析处理转子正常信号，可以发现被忽视的转子系统的内在本质。振动控制的参照是转子正常运转信号。根据机器运动特点，机械通常分为旋转机械和往复机械。它们在结构组成、动力学特征、工作机理等方面都有区别，因而其故障机理、故障表现形式、特征有一些差异。本文主要围绕回转机械来讲，即旋转机械（主要功能由旋转运动完成的机械）尤其是转速较高的机械，如电动机、离心式压缩机、汽轮发电机组（图1.1）等等。湖北工业大学硕士学位论文2a电动机b离心式压缩机c汽轮机发电机组图1.1回转机械实例回转机械在各个行业中应用很广泛，其中许多设备是生产上的重要设备。图1.1a中，电动机，将电能转换成机械能，并可再使用机械能产生动能，用来驱动其他装置的电气设备；b是离心式压缩机，是压缩和输送化工生产中各种气体的关键机器，占有极重要的地位；在发电站，有很多汽轮机发电机组c。加强监测诊断回转设备，使设备安全运转，对增产和提高质量，促进企业经济效益有重要意义。振动测试作为解决振动问题的重要手段早受到重视，并用于实际。工程中的多数机械和结构，如桥、发射塔、水坝、海洋工程结构、汽车、航天仪器仪表等，都承受时变的运载荷，因而出现振动[2]。剧烈的振动将降低零、构件强度并破坏其疲劳程度；振动还磨损摩擦副、松脱紧固件及降低机加工精度，降低乘坐舒适性；降低效率、消耗能量；它的噪声恶化人们工作、生活环境。振动测试在降低振动的负面影响时的效果很重要，它指在回转机械运行的各个阶段，通过测振传感器、信号采集与分析设备以及PC机等，获得一系列数据：系统输入、输出值等，提供消振、隔振和振动控制的具体大小。在线监测