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基于虚拟仪器的水泵性能数据采集系统的研究

于春慧

  离心式水泵是广泛使用的机械设备,在生产实践中,必须参照水泵的性能曲线来选择离心泵的运行工作点,这样才能使离心泵经常保持在高效率区运行,因此准确的测出离心泵的性能曲线是非常必要的。国家标准对内燃机冷却水泵性能试验的要求为:将水泵运转在某一规定的转速下,改变水泵的流量,待系统稳定运转后,同时测出水泵的流量、进出口压力、转矩、转速和介质温度等参数。为了改变以往手工测试的方法,基于以上要求本文设计了基于Labwindows/CVI的离心式水泵性能数据采集系统。该系统由水泵试验台、传感器、信号调理电路、数据采集卡、计算机处理几个部分组成。试验台在计算机的控制下完成各种参数试验,包括特性试验、气蚀试验、密封性试验。由传感器输出的信号经过信号调理电路、数据采集卡进入计算机进行处理。采用数据采集卡与微机结合,进行数据采集和处理,能够自动显示和打印水泵性能曲线和产生试验报告。本文主要研究工作如下:1.根据虚拟仪器的构成思想组建了数据采集系统,采用NI公司的PCI-MIO-16E-4的数据采集卡,完成信号采集及转换部分。2. 对于一个试验系统来讲,观测设备不够精确或测量方法不恰当,或者被观测对象受到干扰和噪声的情况下,均可能使观测数据产生较大的测量误差。这些误差在精度要求高的情况下,必然影响数据分析结果的可靠性和准确性,因此必须对试验数据进行检测和滤波处理,对误差进行分析、估计和修正。小波分析(wavelet analysis)是近年来迅速发展起来的新兴学科,它不仅具有深刻的理论意义,同时还具有广泛的实际意义。小波分析方法是对数据进行分析的一种方法,不需要考虑系统模型和噪声的统计特性,这是比较实用的。本文讨论了一种小波多分辨分析滤除野值的方法,避免了以往直接采用多分辨分析对野值滤波而无法完全滤除的缺陷。该方法首先对信号边界进行延拓,然后采用多分辨分析方法对信号进行分解和重构,得到信号的估计,构造信号的新息序列,并根据新息序列的性质对信号进行判断和剔除。本文采用主控计算机发送指令,采用多分辨分析对转矩、流量、功率等数据进行检测,判断数据中是否有野值,取symlets小波作为多分辨分析滤除野值方法的小波基,对信号进行三层分解,信号重构是通过对小波分解的高频系数进行强制阈值方法,即将所有的高频系数置为零,用小波分解最深层的低频系数进行信号重构,取置信度,自由度为1的分布,根据分布表,门限值取。3. 从理论上讲,形如的函数它在某个区间上是存在的,但实际上,只能得到间一系列离散点上的函数值。对于x的其它值的变化情况是不知道的,也就是说只知道的一张表,。这对于研究问题很不方便,更不能用它计算未给出的x点的函数值。由于测量误差,致使测试点相当分散,若要求所求的曲线通过所有的测试点,就会保留一切测量误差,因此,需要一条平滑的曲线来近似测试结果,使之能反映给定测试数据的一般趋势,且尽量使曲线没有局部的波动,此即对实验数据的整理及在寻求试验数据同控制该实验的数学模型的相关关系中起非常重要作用的曲线拟合。在研究传统最小二乘法的基础上,我们得到基于相对误差的改进后的最小二乘法。传统的最小二乘法以试验数据与拟合值差值的平方和最小为理想结果,在本试验中,考虑相对误差,使用改进后传统的最小二乘法,发现精度更高、更为合理、更为接近实际情况。4. 由曲线控制理论可知,积分控制作用能消除稳态误差,但动态响应慢,比例控制作用动态响应快,而比例积分控制作用既能获得较高的稳态精度,又能具有较高的动态响应。因此,把PI控制策略引入fuzzy控制器,构成fuzzy-PID复合控制,是改善模糊控制器稳态性能的一种途径,对试验的流量和温度进行控制,扬长避短,既具有模糊控制灵活而适应性强的优点,又具有PID控制精度高的特点。5.设计了友好的人机界面。……   
[关键词]:离心式水泵;虚拟仪器;多分辨分析;最小二乘法;模糊控制;PID控制;自整定
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:吉林大学2004年