扭振信号的测试与半实物仿真

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1、上海交通大学硕士学位论文扭振信号的测试与半实物仿真硕士研究生：杜冬学号：1120359002导师：吉小军副教授申请学位：工学硕士学科：仪器科学与技术所在单位：电子信息与电气工程学院答辩日期：2015年1月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterTORSIONALVIBRATIONSIGNALTESTINGANDTHESEMI-PHYSICALSIMULATIONCandidate：DuDongStuden

2、tID:1120359002Supervisor：AssociateProf.JiXiaojunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：InstrumentScienceandTechnologySchoolofElectronicinformationandAffiliation：electricalengineeringDateofDefence：Jan,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTong

3、University上海交通大学硕士学位论文上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文《扭振信号的测试与半实物仿真》，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：n日期：年（月>3日上海交通大学硕士学位论文上海交通大学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，

4、同意学校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。本人授权上海交通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。保密□，在_年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密(请在以上方框内打“V”）学位论文作者签名：指导教师签名："5,；)、1日期：年/月％日日期：>//年/月工>日上海交通大学硕士学位论文扭振信号的测试与半实物仿真摘要在船舶推进轴系的设计及制造环节，扭振测量都是必不可少的检验项目之一。在轴系的工作过程中，扭振测量对

5、其运行状态的监测以及故障诊断都具有非常重要的意义。因此，世界各船舶制造大国相继投入了大量人力、物力进行扭振产生机理的探索和测试技术的研究。本文的目的是基于中国船级社关于扭振应力的有关规定，开发一套用于船舶柴油机轴系扭振信号测量的系统。本文在查阅国内外相关文献资料的基础上，深入分析扭振产生机理及其表现形式，从多个方面比较了现有扭振测量技术，详细介绍了接触式测量法和非接触式测量法以及基于脉冲时序计数法的测量原理。经过分析得知，变化的激励扭矩是轴系产生扭振的根本原因，而轴系转速的高频波动是扭振的主要表现形式。本系统利用在被测轴上加工

6、的色标带和光电式色标传感器获取轴系瞬时旋转状态信息。当轴系开始旋转后，安装在轴段两端的传感器将输出两路脉冲信号。每路信号中各个脉冲序列之间的间隔反应了轴系瞬时转速的信息；两路信号的相位差反应了轴系扭转角的变化。对于扭振信号特征的提取，针对其非平稳性的特点，本文重点研究了以传统的傅里叶变换对信号进行频谱分析，以经验模态分解法对信号进行时频域分析。本系统中扭振信号测量工作的前提和重点是脉冲信号的高精度测量。基于脉冲时序计数法的原理，采用大规模可编程器件FPGA实现对脉冲信号的高精度测量，并将测得的数据通过串口传输至上位机进行存储与

7、处理。用于脉冲计数的100MHz高频时基信号产生自FPGA内部的锁相环（PLL），精准可靠，系统的理论测量误差仅有±10ns。I上海交通大学硕士学位论文考虑到扭振测试现场的复杂环境，设计了迟滞比较器和光耦构成的前端调理电路，并在FPGA中设计了基于有限状态机的滤波器来消除脉冲抖动和毛刺的影响，提高了脉冲测量的精度。为了便于前期设计系统时验证方案的可行性，利用FPGA并行运行的特点，加入两路脉冲和正弦仿真波形发生模块，波形的频率和相位等参数可以通过上位机控制台软件或者下位机上的按键、LCD液晶显示器进行设置。关键词：柴油机轴系，

8、扭振测试，FPGA，半实物仿真II上海交通大学硕士学位论文TORSIONALVIBRATIONSIGNALTESTINGANDTHESEMI-PHYSICALSIMULATIONABSTRACTInthedesignandmanufactureofshippropulsion