基于Visual C++和MATLAB C++数学库的动平衡软件的研究和开发
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摘要
动平衡技术是一项从上世纪初开始发展的对旋转机械平衡的技术。随着电子技术、数字信号处理以及计算机技术的高速发展，使动平衡技术也得到了相应地发展。
本文利用优秀的软件开发平台Visual C++6.0和具备高效算法的MATLAB C++数学库，采用面向对象和基于组件的高级软件技术开发了一个基于个人计算机的动平衡软件系统。该系统与以往的基于单片机的系统相比具有很多的优点。
软件的通用性很好，可以对单转子或双转子旋转机械动平衡，旋转机械的校正面个数毫无限制，甚至，转子的校正面个数可以小于测振点的数目。而基于单片机的系统由于它自身系统资源的限制，无法在一台仪器上实现这么多的功能。
软件的测试和数据处理系统精度高，误差小，软件动平衡的效果优于用单片机开发的动平衡仪器。软件的框架很稳定，在已有的框架上可以很容易地扩展软件的功能。由于采用了面向对象和组件的技术，因此软件维护的代价也很低。同时，该系统具备良好的用户界面，根据旋转机械的测振点数目不同有不同的界面，可以很方便地观察动平衡过程中的各种数据和信号的时域，频域波形。
在基于数字信号处理理论的基础上提出了一种适用于微速差双转子系统的动平衡方法。经过大量试验验证，这个方法比用不解拍的方法无论从稳定性还是减振效果上都很优越。同时，通过试验验证了微速差双转子系统两个转子可以同时进行动平衡操作，从而可以大大地提高工作效率。
Dynamic balancing is a technology to rotating machinery which have being developed from the beginning of last century. The dynamic balancing technology is developing with the rapid development of electronic technology, digital signal process and computer.
The software system of dynamic balancing is based on DOT (Object-Oriented Technology) and COM (Component Object Model) was constructed by the first-rate software development kit ?Visual C++6.0 and the efficient algorithms library MATLAB C++ math library. It is suitable for personal computer. It has much advantage than Single chip microcomputer system.
The compatibility of software system is very good. It can balance any correction plane of one rotor or two rotors rotary machanic, moreover, the number of correnction planes may less than the number of spots of measure vibration. Howerver, the system based on Single chip microcomputer can not achieve so much capacity because of the shortage of resource itself.
The precision of measurement and data processing is very high and the deflection of the system is very little. The effect of dynamic balancing of software precede the apparatus which based on Single chip microcomputer. The framework of software is very stable. The function of software is very easily amplifyed based on the framework. Adopted the technology of OOT and COM, so the maintenance of software is very easy. At the meanwhile, the system have a friendly interface to exchange with users.
A new dynamic balancing method on dual-rotor system with slightly different rotating speed is firstly investigated based on the theory of digital signal processing. The effect of dynamic balancing and the stability of the new method precede the without resolving beat method. It is testified by a number of experiments that the two rotors of dual-rotor system with slightly different rotating speed can be balanced at the same time.
本文利用优秀的软件开发平台Visual C++6.0和具备高效算法的MATLAB C++数学库，采用面向对象和基于组件的高级软件技术开发了一个基于个人计算机的动平衡软件系统。该系统与以往的基于单片机的系统相比具有很多的优点。
软件的通用性很好，可以对单转子或双转子旋转机械动平衡，旋转机械的校正面个数毫无限制，甚至，转子的校正面个数可以小于测振点的数目。而基于单片机的系统由于它自身系统资源的限制，无法在一台仪器上实现这么多的功能。
软件的测试和数据处理系统精度高，误差小，软件动平衡的效果优于用单片机开发的动平衡仪器。软件的框架很稳定，在已有的框架上可以很容易地扩展软件的功能。由于采用了面向对象和组件的技术，因此软件维护的代价也很低。同时，该系统具备良好的用户界面，根据旋转机械的测振点数目不同有不同的界面，可以很方便地观察动平衡过程中的各种数据和信号的时域，频域波形。
在基于数字信号处理理论的基础上提出了一种适用于微速差双转子系统的动平衡方法。经过大量试验验证，这个方法比用不解拍的方法无论从稳定性还是减振效果上都很优越。同时，通过试验验证了微速差双转子系统两个转子可以同时进行动平衡操作，从而可以大大地提高工作效率。
Dynamic balancing is a technology to rotating machinery which have being developed from the beginning of last century. The dynamic balancing technology is developing with the rapid development of electronic technology, digital signal process and computer.
The software system of dynamic balancing is based on DOT (Object-Oriented Technology) and COM (Component Object Model) was constructed by the first-rate software development kit ?Visual C++6.0 and the efficient algorithms library MATLAB C++ math library. It is suitable for personal computer. It has much advantage than Single chip microcomputer system.
The compatibility of software system is very good. It can balance any correction plane of one rotor or two rotors rotary machanic, moreover, the number of correnction planes may less than the number of spots of measure vibration. Howerver, the system based on Single chip microcomputer can not achieve so much capacity because of the shortage of resource itself.
The precision of measurement and data processing is very high and the deflection of the system is very little. The effect of dynamic balancing of software precede the apparatus which based on Single chip microcomputer. The framework of software is very stable. The function of software is very easily amplifyed based on the framework. Adopted the technology of OOT and COM, so the maintenance of software is very easy. At the meanwhile, the system have a friendly interface to exchange with users.
A new dynamic balancing method on dual-rotor system with slightly different rotating speed is firstly investigated based on the theory of digital signal processing. The effect of dynamic balancing and the stability of the new method precede the without resolving beat method. It is testified by a number of experiments that the two rotors of dual-rotor system with slightly different rotating speed can be balanced at the same time.
引文
[1] 钟一谔 何衍宗 王正 李方泽 转子动力学[M]．清华大学出版社，(1987)
[2] 陈大禧 朱铁光 大型回转机械诊断现场实用[M]．机械工业出版社，第一版，(2002)
[3] 王汉英 转子平衡技术与动平衡机[M]．机械工业出版社，(1988)
[4] 三(阝仑)修三，下村玄著，朱晓农，李钟岩译 旋转机械的平衡[M]．机械工业出版社，第一版，(1992)
[5] 樊振江 机械振动及其计算机辅助测试技术[M]．机械工业出版社，第一版，(1996)
[6] 孙红春 张洪亭 冷热风幕机转子在线平衡系统的开发[J]．风机技术，(2001)，1，34—36
[7] 张正松 傅尚新 冯冠平 徐玉铮 旋转机械振动监测及故障诊断[M]．机械工业出版社，第一版，(1991)
[8] 张思 振动测试与分析技术[M]．清华大学出版社，第一版，(1992)
[9] 贺世正 旋转机械的动平衡原理和方法[M]．浙江大学化学工程学系，(2001)
[10] 张志新，周保堂，贺世正．卧螺离心机不解拍整机动平衡方法及拍振信号的提取与处理[J]．机械科学与技术，(2001)，20(2)：182—184
[11] Yang Jian, He Shizheng. Dynamic Balancing Instrument for Dual-rotor System with Very Little Speed Difference Based on DSP Technology[J].仪器仪表学报，(2002), 23 (4):331—334
[12] 杨健，周保堂 微速差双转子系统振动信号分离法研究[J]．中国机械工程，(2002)，13(8)：86—89
[13] 曾胜，汪希萱，李元涌．小速差双转子系统不平衡矢量识别方法的研究[J]．振动工程学报，(1996)，9(4)：399—404
[14] 郑康元，施海锋．复合转子的计算机辅助动平衡[J]．上海工程技术大学学报，(1996)，10(3)：31—36
[15] 张志新 微速差双转子系统智能化整机动平衡仪的开发与研究，博士论文，浙江大学，(2001)
[16] 赵科 基于虚拟仪器的现场动平衡测试仪的开发，硕士论文，浙江大学，(2002)
[17] Bjarne Stroustrup The C++ Programming Language[M]. Addison-Wesley Publishing Company,Special Edition (2000)
[18] 郑莉，董渊 傅仕星 C++语言程序设计[M]．清华大学出版社，第一版，(1999)
[19] Stanley D．Lippman,Josee Lajoie著，潘爱民，张丽 译C++ Primer[M]．中国电力出版社，第三版，(2002)
[20] Stanley B．Lippman著，侯捷 译 深度探索C++对象模型[M]．华中科技大学出版社，第一版，(2001)
[21] David J．Kruglinski著，潘爱民，王国印 译 Visual C++技术内幕[M]．清华大学出版社，第四版，(1999)
[22] 候捷 深入浅出MFC[M]．华中科技大学出版社，第二版，(2001)
[23] 张志涌 精通MATLAB 5.3版[M]．北京航空航天大学出版社，第一版，(2000)
[24] The MATHWORK S Inc．MATLABC C++ Math Library Reference Version 2.1 (1999)
[25] The MATHWORkS Inc．MATLAB C++ Math Library User's Guide Version 2.1(1999)
[26] Wendy Boggs，Michael Boggs著，邱仲潘译UML与Rational Rose 2002从入门到精通[M]．电子工业出版社，第一版，(2002)
[27] B．Bruegge A．H．Dutoit著 吴丹 唐忆 申震 译 面向对象的软件工程—构建复杂多变的系统[M]．清华大学出版社，第一版，(2002)
[28] Geri Schneider Jason P.Winters Applying Use Case[M].Addision-Wesley Press,Second Edition,(2001)
[29] Dale Rogerson Inside COM[M].Microsoft Press,First Edition,(1997)
[30] 潘爱民COM原理与应用[M]．清华大学出版社，第一版，(1999)
[31] BRENTRECTOR CHRIS SELLS著，潘爱民 新语 译 深入解析ATL[M]．中国电力出版社，第一版，(2002)
[32] 约翰·斯万科 著，徐颖 译 COM编程精彩实例[M]．中国电力出版社，第一版，(2001)
[33] 齐长远，康雪艳，王爱明．一种非接触高精度的转速测量方法[J]．微型机与应用，(2000)，19(12)：21—22
[34] 赵淑清 郑薇 随机信号分析[M]．哈尔滨工业大学出版社，第一版，(1999)
[35] 吴湘淇 信号、系统与信号处理(修订本)(上、下)[M)．电子工业出版社，第一版，(1999)
[36] 李顺利，房振勇，任顺清 精密离心机动平衡测试信号的研究[J]．机械研究与应用，(2000)，13(1)：6—8
[37] Alan V.Oppenheim,Ronald W.Schafer,John R.Buck著，刘树棠，黄建国译．离散时间信号处理[M]．西安交通大学出版社，第二版，(2001)
[38] Alan V.Oppenheim,Alan S.Willsky,With S.Hamid Nawab著，刘树棠 译 信号与系统[M]．西安交通大学出版社，第一版，(1998)
[39] 卢文祥，杜润生．机械工程测试·信息·信号分析[M]．华中理工大学出版社，第二版，(1999)
[40] 岑汉钊，张康达 化工机械测试技术[M]，化学工业出版社，第一版，(1995)
[41] 蔡金狮 动力学系统辨识与建模[M]．国防工业出版社，第一版，(1991) 205—208
[42] 肖明耀 实验误差估计与数据处理[M]．科学出版社，第一版，(1984)
[43] 张毅刚 付平 王丽 采用数字相关法测量相位差[J]．计量学报，(2000)，21(3)：216～221
[44] 胡进谷德桥转子现场动平衡解的稳定性讨论[J]．振动与冲击，(1997)，16(2)：67—71
[45] 邱海 屈梁生 转子动平衡中的相关平衡面问题[J]．化工机械，(1999)，26(2)：82—85
[46] 朱景琳 基于DSP的智能现场整机动平衡仪的开发与研制，硕士论文，浙江大学，(2001)
[47] 尹晓明 屏幕显示智能现场动平衡仪的研究和开发，硕士论文，浙江大学，(1998)
[48] 徐敏强 张嘉钟 张国斌 基于MATLAB软件平台的全息谱图及在风机振动故障诊断中应用的研究[J]．风机技术，(2000)，(2)：38—41
[49] 何学文 卜英勇 基于多线程和中断技术的风机在线监控软件的开发[J]．风机技术，(2001)，(4)：35—38
[50] 刘国繁 熊维国 单片机在动平衡测量中的应用[J]．工业仪表与自动化装置，(2000)，(4)：33—35
[51] 徐宾刚 屈梁生 孙瑞祥 基于影响系数法的柔性转子无试重平衡法研究[J]．西安交通大学学报，(2000)，34(7)：63—67
[52] 徐宾刚 屈粱生 非对称转子的全息动平衡技术[J]．西安交通大学学报，(2000)，34(3)：60—65
[53] 邱海 屈梁生 张海军 万德安 神经网络在转子动平衡中应用的几个关键问题[J]．机械工程学报，(2001)，37(1)：88—92
[54] 郑志松 黄树红 贺国强 余小平 旋转机械振动数据管理及咨询系统研究[J]．华中科技大学学报，(2001)，29(4)：88—90
[55] 卢奂采 汪希萱 转子在线自动平衡研究[J]．机械工程学报，(1998)，(3)
[56] 陈捷 数字相关滤波法振动信号处理技术[J]．舰船导航，(2000)，(6)：7—11
[57] 潘卫明 赵敏 张进芳 Vc++下如何利用Matlab工具箱进行数字信号处理[J]．电脑与信息技术，(2000)，(6)：28—31
[58] 严荣国 薛重德 一种基于声卡和MATLAB的信号采集和分析的方法[J] (2001) 10(1) 11—14
[59] 陈进 信号处理在机械设备故障诊断中的应用[J]．振动与冲击，(1999)，18(4)：84—87
[60] 童进 吴昭同 严拱标 旋转机械信号采集中的一种脉冲剔除方法[J]．振动、测试与诊断，(2000)，20(3)：216—217
[61] 周湛学 邓飞 孟献奇 振动信号数据处理技术[J]．河北工业科技，(2000)，17(4)：11—14
[62] 张建勋 朱景春 振动信号处理技术在旋转机械振动监测与诊断中的应用和动向[J]．昆明理工大学学报，(2000)，25(1)：77—79
[63] 朱小勇 丁康 离散频谱校正方法的综合比较[J]．信号处理，(2001)，17(1)：91—97
[64] 纪跃波 秦树人 汤宝平 零相位数字滤波器[J]．重庆大学学报，(2000)，23(6)：4—7
[65] 胡冰乐 黄键 数字滤波的实现方法及其在振动评价中的应用[J]．福建农业大学学报，(2000)，29(2)：247—249
[66] 龙军 廖坚芳 频谱分析技术在旋转机械故障诊断中的应用[J]．石油化工设备技术，(1996)，17(3)：53—55
[67] 徐国成 钟莉 旋转机械转子振动的一种测试方法[J]．西北纺织工学院学报，(1991)，20(4)
[68] 刘彤 用DSP实现FIR数字滤波器[J]．无线通信技术，(2000)，(2)：53—55
[2] 陈大禧 朱铁光 大型回转机械诊断现场实用[M]．机械工业出版社，第一版，(2002)
[3] 王汉英 转子平衡技术与动平衡机[M]．机械工业出版社，(1988)
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[25] The MATHWORkS Inc．MATLAB C++ Math Library User's Guide Version 2.1(1999)
[26] Wendy Boggs，Michael Boggs著，邱仲潘译UML与Rational Rose 2002从入门到精通[M]．电子工业出版社，第一版，(2002)
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[66] 龙军 廖坚芳 频谱分析技术在旋转机械故障诊断中的应用[J]．石油化工设备技术，(1996)，17(3)：53—55
[67] 徐国成 钟莉 旋转机械转子振动的一种测试方法[J]．西北纺织工学院学报，(1991)，20(4)
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