【摘要】：機電轉(zhuǎn)臺關鍵設備裝調(diào)質(zhì)量測試平臺設計研究是一門綜合學科的先進技術(shù),它融合了角度傳感器測試、電機測試、安裝評估等多個領域的先進內(nèi)容。經(jīng)過多年的深入研究和發(fā)展,機電轉(zhuǎn)臺關鍵設備裝調(diào)質(zhì)量測試平臺已經(jīng)被廣泛的應用在現(xiàn)代軍事、傳感器測試和人機交互等領域中,并且在國內(nèi)外中越來越受到重視。機電轉(zhuǎn)臺關鍵設備裝調(diào)質(zhì)量測試平臺設計研究是用于機電轉(zhuǎn)臺的測試,以角度傳感器作為敏感元件,以執(zhí)行電機作為執(zhí)行元件的機電轉(zhuǎn)臺在裝配過程中對電機的各方面進行性能檢測、指標測試,對裝配過程中的安裝效果進行評估分析,對于提升機電轉(zhuǎn)臺的裝配質(zhì)量控制有非常重要的意義。本文對機電轉(zhuǎn)臺關鍵設備裝調(diào)質(zhì)量測試平臺進行設計研究,首先對系統(tǒng)的總體方案進行設計分析,并對系統(tǒng)測試傳感器進行建模分析,然后對整個系統(tǒng)進行硬件設計,在硬件的基礎上完成角度傳感器偏轉(zhuǎn)角的計算和電機測試參數(shù)的計算,接著將這些計算公式在軟件中實現(xiàn),最終將測試參數(shù)發(fā)送給上位機進行顯示并對傳感器進行安裝評估,完成對機電轉(zhuǎn)臺關鍵設備裝調(diào)質(zhì)量測試平臺的設計研究,本文的具體工作如下:(1)系統(tǒng)總體方案設計分析。首先根據(jù)實際需求,對測試結(jié)果和安裝評估結(jié)果提出本課題的設計要求,然后對系統(tǒng)的總體方案進行設計,分別對角度測試方案和電機測試方案進行設計,最后對系統(tǒng)測試部分角度傳感器和直流電機作了詳細介紹。(2)測試平臺設計模型的建立。首先對旋轉(zhuǎn)變壓器的工作原理進行分析介紹,建立旋轉(zhuǎn)變壓器的數(shù)學模型,接著對圓感應同步的工作原理進行分析介紹,建立圓感應同步器的數(shù)學模型,最后對直流電機的工作原理進行分析介紹,建立直流電機的數(shù)學模型。(3)測試平臺硬件設計。首先設計了以FPGA為核心的系統(tǒng)主控電路,主控電路主要包括電源電路、EPCS配置電路、系統(tǒng)時鐘電路、JTAG下載接口電路和SDRAM存儲電路等。然后對系統(tǒng)外圍電路進行硬件設計,系統(tǒng)外圍電路主要包括激磁信號產(chǎn)生電路、放大分壓電路、RS422接口電路、AD轉(zhuǎn)化電路、過零比較器電路和ACS712電流轉(zhuǎn)化電路等,最終完成整個測試平臺的硬件設計。(4)測試平臺軟件設計。首先對FPGA的開發(fā)工具NIOS II工具進行介紹,然后對測試平臺中的一些算法進行詳細介紹,并將該算法在FPGA硬件電路中實現(xiàn),最后對上位機人機交互界面進行設計并進行詳細介紹。(5)系統(tǒng)調(diào)試及測試結(jié)果分析評估。首先對角度測試系統(tǒng)的調(diào)試進行了介紹,又對其測試結(jié)果進行了誤差分析以及角度測試系統(tǒng)的安裝評估,接著介紹了電機測試系統(tǒng)的調(diào)試,并對其測試結(jié)果進行了誤差分析和系統(tǒng)的安裝評估。
【圖文】：

圖 2.1 角度測試方案總體框圖.2.2 電機測試方案設計電機的測試相對復雜一些，需要測試人員根據(jù)人機交互提示進行實際操作，期間電需要工作在空載運轉(zhuǎn)，負載運行以及工作在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，測試人員根據(jù)現(xiàn)場情況對電機行狀態(tài)做出相應的改變，電機測試期間需要光電編碼器輔助提供轉(zhuǎn)速，保證完成一套整的電機測試。本系統(tǒng)采用以 FPGA 芯片為主控芯片，ACS712 霍爾電流傳感器將電兩側(cè)的電流轉(zhuǎn)化為電壓，經(jīng)過濾波和放大電路之后得到的電壓模擬量通過 AD7656 轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)量，，將數(shù)據(jù)量發(fā)送給 FPGA 芯片，因為電壓和電流呈一定的正比關系，所以通 FPGA 相應的運算，解算出相應的電流，在設計 FPGA 內(nèi)部程序時，以電流值以及相的電機固定參數(shù)(電樞繞組)為基礎，通過建立相應的數(shù)學模型來解算出其他的電機參，比如：力矩系數(shù)，啟動電壓，反電動勢，滑行時間，堵轉(zhuǎn)力矩，滑行時間，電機功，力矩波動性，最后將相應的參數(shù)通過上位機界面來更加具體的顯示各個電機參數(shù)。機測試方案總體框圖如圖 2.2 所示：

.2 旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)學分析正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器的原理如上圖所示，為了更清晰的得到旋轉(zhuǎn)變壓器的數(shù)學模型， 3.1 中，將轉(zhuǎn)子繞組中的繞組 A 和定子繞組中的繞組 S 重合時的位置看作初始位置變壓器工作時，轉(zhuǎn)子繞組順時針方向偏離該初始位置的角度θ 為負，逆時針則為當子繞組 S 的兩端提供恒定不變的交流電壓0U 后，旋轉(zhuǎn)變壓器內(nèi)部由于電磁感應產(chǎn)通勢 Fs，從而建立一種脈振氣隙磁場，該磁場在空間中按正弦規(guī)律進行分布。在氣場中，將總氣隙磁通量設定為mΦ ，轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)動的角度設定為 θ 轉(zhuǎn)角，由于磁場間中按正弦規(guī)律進行分布的，因此轉(zhuǎn)子繞組中的 A、B 繞組產(chǎn)生的磁通量分別為：osθ ， sinmφ θ ，由電磁感應原理可以得到定子繞組 S 和轉(zhuǎn)子繞組 A、B 中的感應電有效值分別為：04.44S s NS mE = U = fN kΦ (3-24.44 cos cosrA r Nr m sE = fN k Φ θ = kEθ(3-34.44 sin sinrb r Nr m sE = fN k Φ θ = kEθ(3-4其中，公式中的sN ，NSk 表示定子繞組線圈的匝數(shù)和比例系數(shù)，rN ，Nrk 表示轉(zhuǎn)子線圈的匝數(shù)和比例系數(shù)；r NrN KKN K= 表示定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組間的有效匝數(shù)比。
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH122

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本文編號：2630866