基于虚拟仪器的发动机测控系统研制

论文摘要

发动机是所有动力设备的心脏,发动机能否稳定的工作关系到设备整体的健康状况,因此对发动机进行监测是十分必要的。通过对国内外发动机测控系统发展状况的分析,可以知道：随着计算机技术的发展,发动机测控系统自动化、智能化程度越来越高、功能越来越完善,而利用虚拟仪器开发发动机测控系统必将成为今后一个重要的发展方向。本课题以发动机-测功机系统为主体,配以多种传感器和智能仪表,利用NI公司的图形化编程软件LabVIEW开发了一套发动机测控系统。该系统自动化程度高且有较好的可扩展性和稳定性。系统的设计思想是：整体结构采用了分布式设计,软件采用结构化和模块化设计思想。文章对发动机测控系统的软硬件设计做了介绍,主要有以下几个方面内容：1.介绍了发动机常规参数的测试。论述了各个参数的试验方法和试验所采用的硬件设备（包括传感器、仪器仪表等）,对转速、功率和扭矩的测量做了比较详细的介绍。采用LabVIEW设计的软件界面具有数据处理、参数显示、数据保存和绘制曲线等功能。2.对发动机振动测试系统做了详细的介绍。分析了发动机的振动源,介绍了信号处理技术,利用LabVIEW提供的高级分析库对采集的振动信号进行了时域分析、频域分析和时频联合分析。设计的振动试验软件能够对测试图像进行分析保存。3.介绍了利用单片机进行串口扩展的软硬件设计。该设计采用SP3739串口扩展芯片,利用分时复用技术将一个全双工串口扩展成7个完全独立的全双工串口,从而解决了本系统对烟度计、噪声计、NO分析仪的同时控制问题。4.对发动机的控制方式进行了研究。首先,分析了现行的双回路PID控制方法；然后设计了模糊PID控制器,在Simulink环境下建立了仿真模型,并对发动机的转速控制进行了仿真。系统设计完成后,进行了各项参数试验和振动试验,试验结果取得了令人满意的效果,这也进一步证明了整套系统的设计是成功的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 虚拟仪器技术
• 1.3.1 虚拟仪器概况
• 1.3.2 虚拟仪器特点
• 1.3.3 虚拟仪器结构
• 1.3.4 虚拟仪器软件开发工具
• 1.4 虚拟仪器软件开发平台LabVIEW
• 1.4.1 LabVIEW概述
• 1.4.2 LabVIEW的结构
• 1.4.3 LabVIEW的特点
• 1.5 本文的主要研究内容
• 1.6 章节内容
• 2 发动机测控系统的总体设计
• 2.1 课题背景简介
• 2.2 发动机测控系统设计思想
• 2.3 发动机测控系统基本要求和功能
• 2.3.1 基本要求
• 2.3.2 系统功能
• 2.4 发动机测控系统总体结构
• 2.5 本章小结
• 3 发动机性能参数的测控
• 3.1 测控参数的确定
• 3.2 发动机性能试验方法
• 3.3 电涡流测功机
• 3.4 发动机性能试验硬件
• 3.4.1 测量部分
• 3.4.2 采集部分
• 3.5 发动机测控系统主界面设计
• 3.6 常规性能试验软件介绍
• 3.7 发动机测控仪器仪表软件设计
• 3.8 试验结果
• 3.9 本章小结
• 4 发动机振动测试系统设计
• 4.1 发动机振动分析
• 4.1.1 发动机振动测试分析的目的
• 4.1.2 发动机振源分析
• 4.2 振动信号分析技术
• 4.2.1 振动信号时域分析
• 4.2.2 信号的频域分析
• 4.2.3 信号的时频联合分析
• 4.3 振动测试系统硬件设计
• 4.4 振动测试系统软件设计
• 4.4.1 软件总体结构
• 4.4.2 软件主要模块的LabVIEW实现
• 4.5 发动机振动试验与分析
• 4.5.1 振动信号时域波形
• 4.5.2 振动信号自相关波形
• 4.5.3 振动信号时频分析
• 4.6 本章小结
• 5 串口扩展器设计
• 5.1 串口通信简介
• 5.2 常用串口扩展方案
• 5.3 基本芯片介绍
• 5.3.1 SP3739串口扩展芯片
• 5.3.2 STC12C5628AD单片机
• 5.4 硬件设计
• 5.4.1 系统总体结构
• 5.4.2 扩展器通讯协议
• 5.4.3 系统工作过程
• 5.4.4 SP3739与STC12C5628AD单片机的电路连接
• 5.5 系统软件设计
• 5.6 结论
• 6 发动机控制系统及智能控制研究
• 6.1 现有发动机控制方式研究
• 6.2 模糊PID控制研究
• 6.2.1 控制器原理与结构
• 6.2.2 发动机转速控制系统建模
• 6.2.3 模糊PID控制器设计及动态仿真
• 6.3 本章小结
• 7 总结与展望
• 致谢
• 参考文献