随动系统故障检测设备的研究论文

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1、 密 级 无 分类号 工程硕士学位论文 随动系统故障检测设备的研究 指导教师指导教师 20152015 年年 4 月月 2424 日日 申请学位级别申请学位级别 工程硕士工程硕士 工程领域工程领域 电子与通信工程 随动系统故障检测设备的研究随动系统故障检测设备的研究 工程领域：工程领域：电子与通信工程 研究生签字：研究生签字： 学校导师签字学校导师签字： 企业导师签字企业导师签字： 摘 要 随着高新科技在各个领域的广泛应用，随动系统沿着智能化和信息化的发展已经成 为了一种趋势。为了保证随动系统高效稳定的运行，对其进行故障检测和维护是十分必 要。在传统故障检测设备的基础之上，研制随动系统故障检测

2、设备具有现实意义和较好 的市场前景。 本文设计了一种能够独立进行随动系统故障检测的设备。该设备具有良好的人机交 互界面和完整的数据分析处理能力，完成了对随动系统的故障检测任务。该检测设备是 基于 PC104 嵌入式总线的随动系统故障检测系统，详细的介绍了该主板的各种特点。针 对于被检测信号的特点，分别选取了数字量采集卡和模拟量采集卡来完成数据的采集系 统。为了防止该检测设备对随动系统的破坏，对数字量信号采用了光电隔离，模拟量信 号电容耦合隔离的设计。应用软件采用了模块化设计的原则，实现了对受信仪模块、方 位机模块和高低机模块的检测，以及对数据的处理。 目前，该检测系统已经完成了系统的总体设计、

3、硬件设计和软件设计，进行了试验。 结果表明，该系统可以快速、精准地检测出随动系统的故障点，满足了设计要求。 关键词：关键词： 随动系统；故障检测；PC104 嵌入式总线；信号采集卡；模块化 Research of Servo System Fault Detection Equipment Discipline: Student Signature: Supervisor Signature: Abstract With the wide application of high technology in various fields, along with the dynamic intel

4、ligence and information systems development has become a trend. Servo system in order to ensure stable and efficient operation of their fault detection and maintenance is essential. On the basis of the traditional fault detection equipment on the developed servo system fault detection devices have p

5、ractical significance and good market prospects. This paper presents a capable independent servo system fault detection devices. The device has a good interactive interface and complete data analysis and processing capabilities, completed the servo system fault detection tasks. The detection device

6、is based on PC104 bus embedded servo system fault detection system, a detailed description of the various features of the motherboard. Features specific to the detected signals were selected digital and analog capture card capture card to complete the data acquisition system. In order to prevent the

7、 destruction of the testing equipment to follow the system of digital signals using optical isolation, the analog signal using capacitive coupling isolation design. Application software uses a modular design principle, the realization of a fiduciary instrument detection module, azimuth and elevation

8、 machine module machine modules, and data processing. Currently, the detection system has completed the overall design, hardware design and software design of the system was tested. The results show that the system can quickly and accurately detect the servo system of points of failure to meet the d

9、esign requirements. Key Words: Servo system; Fault detection; PC104 embedded bus. Signal acquisition card; modular i 目 录 1 绪 论1 1.1 课题研究背景 .1 1.2 随动系统故障检测设备的研究现状 1 1.3 课题研究的意义 2 1.4 课题研究的内容 .3 1.5 章节安排 3 2 随动系统故障分析4 2.1 故障诊断的意义 4 2.1.1 故障的定义.4 2.1.2 设备故障的分类.4 2.1.3 故障检测的内容和方法.5 2.1.4 故障检测的意义.7 2.2 随

10、动系统故障检测的内容 9 2.3 随动系统故障分析与判断 9 3 随动系统故障检测设备的总体设计.10 3.1 故障检测设备的主要功能 10 3.2 故障检测设备的性能指标 10 3.3 故障检测设备的结构设计 11 3.3.1 本文的设计方案.11 3.3.2 该故障检测设备的结构和组成.12 3.4 本章小结 13 4 硬件设计14 4.1 基于 PC104 的嵌入式中心控制模块 14 4.2 数字量数据采集卡和数字量信号调理板 15 4.2.1 采集卡.16 4.2.2 数字量信号调离板.17 4.3 模拟量数据采集卡和模拟量信号隔离板 19 4.3.1 采集卡.19 4.3.2 模拟量

11、信号隔离板.20 4.4 本章小结 21 5 软件设计.22 5.1 应用软件的功能分析和总体设计 22 5.1.1 软件的需求分析.22 ii 5.1.2 软件的设计原则.22 5.1.3 软件的总体设计.24 5.2 检测系统的受信仪模块 24 5.2.1 受信仪模块的功能分析.24 5.2.2 受信仪模块的软件设计.25 5.3 检测系统的方位机模块 26 5.3.1 方位机检测模块的功能分析26 5.3.2 方位机检测模块的软件设计.27 5.4 检测系统的高低机模块 29 5.5 检测数据的处理 31 5.5.1 数据的存储.31 5.5.2 数据的删除.31 5.5.3 数据的查询

12、.32 5.5.4 数据的导出.33 5.6 本章小结 34 6 实验结果分析35 6.1 硬件系统的展示 .35 6.2 应用软件 .35 6.3 本章小结 .38 7 结 论39 参考文献40 1 绪论 1 1 绪 论 1.1 课题研究背景 随着科学技术的飞速发展，高新技术在随动系统中得到了广泛的应用。现在的随动 系统规模越来越大，结构也日趋复杂化，为了保证设备安全可靠的运转，需要提高现有 的随动系统故障检测设备的性能。例如: 随动子系统在进入系统总装配前必须测试随动 系统的方位运动能力和俯仰运动能力。在不同的运动速度、加速度下进行规范运动时的 等速跟踪精度，还必须检测随动系统在各个方位、

13、高低位置时的动态品质，同时随动故 障检测系统要能够诊断设备中的故障，完成对随动系统的可靠性和可维护性的检测，为 随动系统故障检测提供科学的依据和合理的试验手段。本文研究课题来源于某武器系统 综合测试与评估系统的随动系统故障检测部分。为了适应多种随动系统检测的实际需求, 委托我校研制了随动系统故障检测系统。主要用于对随动系统进行故障的检测，当出现 故障时进行及时的检修确保设备安全稳定的运行。 随动系统是一个闭环反馈控制系统，具有很好的跟随性能。在这种系统中，输出量 是机械位移、速度或者加速度，控制系统的任务是在各种情况下保证输出以一定的精度 跟随者参考输入的变化而变化1。快速跟踪和准确定位是随动

14、系统的两大重要技术指标。 在日常的生活和生产当中，随动系统扮演了一个重要角色，广泛以用于工业、农业和军 事系统中。随着随动系统结构和功能的复杂化日益提高，单纯的依靠人工和简单的检测 工具对随动系统进行检测，已经不能达到要求了。因此，更加智能的随动系统故障检测 设备有待研究，才能满足生活和生产的需求。 1.2 随动系统故障检测设备的研究现状 最初,釆用人工测试这种效率低误差大的方法来测试随动系统的故障源。测试的主要 方法是用万用表检测随动系统的线路，结合以往的先验知识推断故障点和故障的原因。 这种检测手段的缺点：（1）用于检测的设备过于简陋，没有很好的技术手段;（2）对故 障现象看的不清晰，需要

15、长时间的检测才能找出发生故障的部位；（3）维修人员需要长 时间的经验积累才能拥有很高的故障诊断技能；（4）若复杂的故障出现时，则不易被诊 断出来2：（5）不能对随动系统做出科学的诊断。因此传统的故障诊断不仅检测设备简 陋、检测技术手段低下、检测方法繁杂而且检测结果还很容易受诸多等外界因素的影响。 如今国内对故障检测的检测设备已经有了很大程度的提高，主要是利用采集来的数据与 随动系统正常工作时候的数据进行分析比对，确定故障源找出故障的原因。 随动系统故障的诊断,主要是将采集的信号传输给中央处理器，对信号进行分析比对 判断出现故障的部位，找出故障原因。在这个检测过程当中，所依据的理论知识和采取 西

16、安工业大学工程硕士学位论文 2 的技术手段多种多样。在国外的随动系统故障检测过程中，主要是利用应用软件设计虚 拟仪器来完成检测。 故障检测系统可以从我们所采用的检测系统的处理器和所需要检测的信号类型上进 行分类。处理器的类型分为 DSP 系统、工控机等；需要检测的信号有模拟量和数字量3。 这些处理器被设计成了用于工业、农业、军事等领域的特殊设备。在极端的工作环境下 也可以正常的进行工作，而且其系统的功能模块容易扩展，可以满足复杂的产品设计， 性能也更加稳定安全可靠，因此得到了广泛的应用。例如:利用 PC104 工控机研制的高 射炮的随动系统检测设备。随着数字化技术的不断发展，DSP 应运而生。作为数字化时 代的产物，DSP 是一种通用信号处理器,并且功能非常独特。在对信息处理的时候，DSP 采用的是数字信号，对数字处理个功能非常强大。其优势在于对数字处理的能力和速度 比普通的处理器要强大很多。 随动系统故障检测设备从总线来看有，PXI 总线、ISA 总线、PCI 总线、PC104 总线