基于labview齿轮信号程序论文书

东北大学研究生考试试卷评分考试科目：动态信号分析与处理课程编号：09581066阅卷人：考试时间：姓名：学号：东北大学研究生院1《基于LabVIEW的齿轮信号分析系统》一、LabVIEW的简介受益于科学技术的不断进步，仪器技术领域也发生着巨大变化。从最初的模拟仪器到现在的数字仪器、嵌入式系统仪器和智能仪器，新的测试理论和测试方法不断地运用于实践，仪器技术领域的各种创新积累使现代测量仪器的性能发生了质的飞越，提出了虚拟仪器（VirtualInstrumentation，VI）的概念。所谓的虚拟仪器就是将现有的计算机技术、软件设计技术和高性能模块化硬件结合在一起而建立起的功能强大而又灵活的易变的仪器。而“软件就是仪器”表明了虚拟仪器的灵魂，通过软件——虚拟的仪器来设计所需的系统，实现相应的功能。作为虚拟仪器编程语言，LabVIEW是一种图形化语言（“G”语言）。与VisualC++、VisualBasic、LabWindow/CVI等编程语言不同，它是用图标、连线和框图代替传统程序代码，使得编程过程和思维过程非常地相似。使用LabVIEW开发平台编制的程序称为虚拟仪器程序，它包括前面板、程序框图主要两部分。LabVIEW简化了虚拟仪器系统的开发过程，缩短了系统的开发和调试周期，它让用户从繁琐的计算机代码编写中解放出来，把大部分精力投入系统设计和分析中，而不再拘泥于程序细节。二、程序设计的思路本程序所要实现的功能是对采集的齿轮信号进行分析。依据传统的信号分析思路，对信号的预处理和时域分析，以及频域分析是必不可少的。由于齿轮信号的特殊性，即齿轮信号是非平稳信号，因此，在本系统中加以信号的时频分析有一定的必要性。根据实际的要求，将程序设计分为以下几个部分，如图所示，分别为信号读取及滤波模块、信号的频域分析模块、信号的时频分析模块。图1系统功能块设计三、具体程序模块的设计1.信号的读取与滤波模块设计程序的前面板和程序框图分别如图2、3所示，在该程序中，采用了“读取齿轮信号分析系统信号读取与滤波模块信号频域分析模块信号时频分析模块信号读取与滤波模块信号频域分析模块信号时频分析模块2测量文件”这一控件实现对采集的数据的读取，用Butterworth.vi实现对信号的滤波处理，有助于后续的信号分析。图2滤波模块的前面板图3信号读取与滤波的程序框图2.信号频域分析模块设计为了达到是整体界面的简洁，在这里使用“选项框控件+条件结构”方式，来放置系统的频域分析和时频分析两个模块。在信号的频域分析模块设计，从理论依据出发，采用信号的快速傅里叶变换和自功率谱分析、倒频谱分析来实现信号频域分析的功能。通过相应的控件和函数的选择与放置，最终完成如下图4、5所示。3图4信号频域分析模块前面板图5信号频域分析模块程序框图3.信号时频分析模块设计齿轮信号是非平稳信号的一种，通过时频分析能够更加直观地观察信号中的成分，有利于信号的分析。因此，在时频分析模块设计中，通过WaveletTransformDaubechies4.vi的应用进行分析。前面板和程序框图分别如图6、7所示。4图6时频分析模块前面板图7时频分析模块程序框图四、简单的美化处理在实现系统要求的功能的基础上，对颜色和修饰控件的使用对程序的界面进行简单的美化。系统整体前面板如图8所示。通过“事件结构”的运用，实现子VI的调用，并且添加了登录界面，如图9所示。图8系统的总界面5图9系统登录界面五、信号的分析啮合频率的变化判断齿轮啮合状态：①啮合频率的消长；②啮合频率谐波的分布，主要看前三阶。齿轮状态良好时，齿轮的啮合频率（GMF）及其谐波和边带频率的幅值较小，尤其是边带。GMF一定有与齿轮所固定轴的转速有关的转速边频带。根据所给的数据齿轮转速为850rpm，齿数为20。由公式2211nfnfGMF可得，HzGMF283。在如图10所示，数据1的频谱分析中，在啮合频率附近有Hzf2741，Hzf2882，边频带的间距Hz14，表明齿数为20的齿轮所在的轴的转速（与该齿轮的转频一致）。在GMF左右相隔14Hz的均有明显的峰值，故调制源为齿数为20的齿轮。图10数据1的频谱分析6在数据2分析中，其频域分析图如图11所示，Hzf2701，Hzf3002。通过分析可以判断，在啮合频率约为285Hz处存在较高的峰值，表明存在磨损的情况；其边频270Hz和300Hz的间隔表明是旋转频率为30Hz的轴上齿轮出现故障。图a图b图c图11数据2的频域分析由图11c可知，在倒频谱分析中，msT41，msT62，msT103，msT124，msT155，Hzf250410001，Hzf167610002，Hzf1003，Hzf834，Hzf675，反映的是齿轮所在轴的转频的倍频。六、总结基于LabVIEW的齿轮信号分析系统设计中，自身所存在问题是信号分析方法的理论与LabVIEW工具使用的脱节，一是对理论的理解缺乏一定的深度，二是对LaVIEW软件的不熟练。这需要在今后的学习中，不断去进行总结。在程7序设计中，需要注意许多细节，例如函数和控件使用的条件等。七、体会通过此次课题的设计与完成，我深刻地明白到自己的不足和努力方向。一方面是理论知识的学习，只有坚持对知识的追求和学习的态度，时刻怀有着“充电”的意识，保持对知识的“饥饿感”，且不断培养自己的学习能力，才能在自己以后工作或学习中取得更好的成绩。就如在课题中常常会遇到自己未接触过的陌生的理论知识，此时良好的学习能力将有助于我们迅速掌握所需的知识。另一方面是善于求教。“三人必有我师”。在自己独立思考、实践后仍无法解决具体问题，及时地求助他人，将会让我们事倍功半。如课题中遇到一些自己不了解或未接触的方面时，在自己无法解决的情况下及时地向老师、同学请教，不仅能让课题顺利进行，而且也能让自己学到更多的东西，同时更具效率。最后一点，便是团队的合作与交流。只有具备良好沟通和协作能力的团队才具备攻坚的能力，团队合作的有效运转将大大提高工作的效率。最后，对于老师和同学给予我的指导和帮助再次表示由衷的感谢!