汽车传动系冲击耐久性试验台控制与故障诊断系统的研究
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摘要
汽车传动系是汽车动力传动系统中重要的安全部件,为了保证汽车行驶安全,必须对汽车传动系零部件的冲击耐久性性能指标进行检测。汽车传动系冲击耐久性试验台是完成汽车传动系性能检测的台架试验设备,能够较全面、准确地了解传动系零部件的耐冲击性能及其相关特性,对汽车传动系零部件生产厂家提高产品质量具有重要指导的意义。国外的汽车传动系性能检测设备及测试方法成熟,但其价格昂贵;国内汽车传动系性能检测设备部分实现了自动化,但是技术还不成熟,检测精度、可靠性与自动化程度低。在吉林省重大科技攻关项目“汽车传动系冲击耐久性试验台的研制”的支持下,开展了试验台控制与检测系统的关键技术研究。在深入研究国内外汽车传动系性能检测设备的基础上,研究开发了汽车传动系冲击耐久性试验台的控制与故障诊断系统。
     试验台由主机、控制与测试系统、故障诊断系统三大部分组成。试验台采用工控机作为上位机,PLC作为下位机,上、下位机通过串口进行通信,实现对系统的动作控制、现场监控与数据处理。转速控制系统是试验台控制的关键,针对转速控制系统干扰力矩较大和控制精度要求高的情况,建立了转速控制系统的数学模型,将模糊控制鲁棒性强与PID控制稳态误差小的优点结合起来,设计了模糊PID控制器对转速进行控制。仿真实验表明,相对于PID控制,提高了试验台转速控制的精度。
     为了提高试验台的安全可靠性,深入分析了试验台的故障产生机理,结合试验台故障实际情况,基于小波分析理论和卡尔曼滤波理论设计了试验台故障诊断系统。较好地解决了试验台故障诊断问题。仿真实验验证了采用的故障诊断方法的有效性和实用性。
     基于LabVIEW开发了试验台控制与故障诊断系统软件,实现了系统的数据采集、数据处理、数据分析、试验台控制、故障诊断等功能。设计开发的控制与故障诊断系统经过实验及实际应用验证,各项性能指标满足控制系统设计要求,测试精度和测试效率高,系统运行稳定可靠,性能达到了国外同类产品的水平。
Automobile power train is the important safety component of automobile dynamic transmission system. In order to ensure the security of automobile driving, it is important to test the impacting durability performance index of automobile power train components. The automobile power train impacting durability test rig is the test equipment to test power train performance, which can comprehensively and exactly test the impacting performance and relative characteristic of power train components. It has great meaning for helping automobile power train component manufacturers to improve product quality. The foreign automobile power train performance testing equipment and testing method are mature, but price is high. Although domestic relative testing equipments have been partly automated, the technique is still immature, testing precision、reliability and degree of automation are also low. The topic of this paper is from the development of automobile power train impacting durability test rig, the office of Science and Technology, JiLin Province. On the base of studying automobile power train performance test rig in a deep going way, and the system of controlling and testing is researched and designed in this thesis.
     Test platform includes three parts:the host, Control and testing system, fault diagnosis system. Test platform be used of IPC and PLC control computer are connected by Serial communication interface, to realizing system control, monitoring and data processing. Speed control system is a key element of test control and speed control system, According to disturbing torque greatly and control accuracy requirement highly is established by Mathematical modeling of speed control system, combining the advantages of the fuzzy control strong robustness and PID control steady-state small error to design fuzzy PID controller. Simulation results show that compared with PID controller, the fuzzy PID controller can improve the precision of test speed control.
     In order to improve the safety and reliability, combining with the actual situation and analysis of the failure mechanism of the test bench, a test bench fault diagnosis system is designed on the basis of wavelet analysis theory and Kalman filtering which can better solve the fault diagnosis questions. The simulation results verify the effectiveness and practicability of the method of fault diagnosis.
     Based on Lab VIEW, the test control and fault diagnosis system software is developed to carry ou data acquisition, data processing and data analysis, test bench control and fault diagnosis functions and so on. The experiment and practical application demonstrates that all performance factors of the designed control and fault diagnosis system satisfy design requirements of control system, the detection precision and detection efficiency are high, and the system can run stablely and reliablely. The performance can reach the the level of foreign products.
引文
[1]陈延伟,高智,王跃光等.基于虚拟仪器的汽车传动系冲击性能检测系统[J].长春工业大学学报(自然科学版),2009,(04).
    [2]马好.摊铺机机载故障诊断专家系统研究[D].中南大学,2005
    [3]李昕,张春良,李建.机械故障诊断技术的发展及其在核机械中的应用[J].装备制造技术,2009,(10).
    [4]Zhou, Z.J., Hu, C.H., Fan, H.D., Li, J. Fault prediction of the nonlinear systems with uncertainty. Simulation Modelling Practice and Theory.2008,16(6):690-703.
    [5]尹志刚.大功率风机振动状态监测及故障诊断系统的应用[D].大连理工大学,2006.
    [6]杜晋.数控机床主轴伺服系统故障诊断研究[D].南京理工大学,2010.
    [7]贾鹏.基于诊断控制的可控整流设备建模仿真技术研究[D].同济大学,2005.
    [8]Chen, M.Z., Zhou, D.H., Liu, GP. A new particle predictor for failure predictiono f nonlinear time-varying systems. Developments in Chemical and Engineering an d Mineral Processing.2005,13(3-4):379-388.
    [9]Compensation of inertia error in brake dynamometer testing[J], J-J Ma, B-D Wu X-Y Liu, J-Y Sun, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,Part D:Journal of Automobile Engineering,2010,Vol224 No.3:P355-359.
    [10]Comparison research on inertia simulation in brake dynamometer test[C],B.D.Wu,J. J.Ma,X.Y.Liu,J.Y.Sun,Materials Science Forum,2009,Vol 628-29,P369 to 374.
    [11]袁立国.汽车传动系冲击耐久试验台开发的关键技术[D].吉林大学,2005.
    [12]张邦成,王跃光,王占礼,等.汽车传动系冲击耐久工况台架测试模拟[J].武汉理工大学学报,2010,(1).
    [13]汪本强.摩擦试验机电惯量控制系统的研究[D].中南大学,2007.
    [14]张付义.电动汽车试验台总体设计与技术研究[D].长安大学,2006.
    [15]马继杰.制动器惯性台架电模拟惯量性能和关键技术研究[D].吉林大学博士论文,2010.
    [16]莫志勇.基于直接转矩控制的先进汽车测试系统[J].电气传动,2009(11).
    [17]施毅.基于机电混合模拟技术的汽车ABS试验台架的设计和开发[D].南京林业大学,2004.
    [18]吴广顺,张立鹏,方素香.摩托车制动器综合性能测试系统的研究[J].机械与电子,2009,(08).
    [19]施进平.摩擦试验机测控系统的设计与研究[D].中南大学,2008.
    [20]James K Tompson,Aaron Marks.Inertia simulation in brake dynamometertesting[C]. Phoenix Arizonia:20th Annual brake colloquium and exhibition,2002.
    [21]杨莹,秦嘉泽,陈晓云.直流调速系统的设计与仿真[J].科技信息,2009,(36).
    [22]孙林军.智能PID控制研究,浙江工业大学[D].浙江工业大学,2003.
    [23]赵会强.电动汽车制动能量回收试验台技术研究[D].长安大学,2007.
    [24]许红平.电涡流缓速器试验台的设计与研究[D].浙江工业大学,2005.
    [25]邓为.基于DSP的数字式可逆励磁调节器的研究与开发[D].哈尔滨工程大学,2003.
    [26]彭战争.制动器试验台转速控制研究[D].合肥工业大学,2007.
    [27]章飞.自动镀膜机智能控制系统研究[D].江苏科技大学,2007.
    [28]朱鹏.新型汽车发动机冷却风扇智能控制系统的设计[D].上海大学,2008.
    [29]宋鹏.燃料电池车离散模型参考自适应驱动系统研究[D].大连理工大学,2006.
    [30]杨云龙.电动自行车调速系统研究[D].西安科技大学,2007.
    [31]常顺宏,田广来,李玉忍.飞机全电刹车系统机电作动器的研究与设计[J].航空精密制造技术,2005,(06).
    [32]樊娜.潜器直流永磁电机推进系统的自适应控制[D].哈尔滨工程大学,2005.
    [33]孙静.全数字直流调速技术在矿井提升机中的应用[D].西安科技大学,2009.
    [34]徐升.全数字直流脉宽调速系统及其模糊控制算法[D].华中科技大学,2006.
    [35]朱冲.基于DSP的直线电机驱动物流传输控制系统[D].浙江大学,2002.
    [36]谢芳,杨红果.数字PID改进算法的分析与实现[J].焦作师范高等专科学校学报,2010,(02).
    [37]刘清河,孙泽昌.汽车线控制动系统研究[J].机械与电子,2006,(11).
    [38]马静.高精度自动控制系统在材料试验机中的应用与研究[D].北京邮电大学,2006.
    [39]范荣博.板带材在线监测轧机控制系统研究[D].东北大学,2006.
    [40]廖常初.PID参数的意义与整定方法[J].自动化应用,2010,(05).
    [41]胡银全.永磁同步电动机的速度控制系统研究[D].西华大学,2005.
    [42]冯琦鹰.基于DSP永磁无刷直流电动机智能控制系统研究[D].重庆大学,2004.
    [43]贺居锋.基于MATLABSimulinkGUIDE的PID工具箱的设计[D].东北大学,2005.
    [44]温文.基于相关特性的水下连续激光后向散射测量方法研究[D].哈尔滨工程大学,2006.
    [45]Stefan Preitl, Radu-Emil Precup, An extension of tuning relations after symmetri cal optimum method for PI and PID controllers[J],Automatica 35 (1999):P1731-1 736.
    [46]T.P. Blanchett, G.C. Kember,R. Dubay, PID gain scheduling using fuzzy logic[J], ISA Transactions,39 (2000):P317-325.
    [47]王祖亮,侯北平.基于Simulink的双闭环调速系统仿真研究[J].浙江科技学院学报,2009,(01).
    [48]D.Dirankov、H.Hellendron、M.Reinfrank,An Introduction to Fuzzy Control[J],Sprin ger,1993.
    [49]赵明明,王志胜.参数自整定PID控制器设计与仿真[J].工业控制计算机,2010,(02).
    [50]孙耀民.具有模糊控制功能的燃烧机控制系统设计与研究[D].武汉理工大学,2007.
    [51]陈晓静.无人潜航器的自动航行系统研究[D].大连海事大学,2008.
    [52]姚小伟.磁悬浮系统的控制研究[D].哈尔滨理工大学,2007.
    [53]杨桂康.嵌入式水鸟操控系统设计[D].上海交通大学,2009.
    [54]姜长泓,王冬蕾,王敏等.纸张抗张试验机调速系统设计研究[J].微电机,2008,(03).
    [55]丁景祥.坑道钻机性能试验台模糊控制系统的研究[J].探矿工程:岩土钻掘工程,2009(3).
    [56]刘洋,全书海,张立炎.燃料电池发电系统温度控制策略研究[J].武汉理工大学学报(信息与管理工程版),2010,(02).
    [57]罗剑波.基于FPGA的高频疲劳试验机控制器的研制[D].浙江工业大学,2002.
    [58]马磊,林桦,杨武.模糊PI控制在交流调速系统中的应用[J].电力电子技术,2006,(03).
    [59]傅晓刚.肿瘤冷热疗的温度控制策略及应用研究[D].上海交通大学,2009.
    [60]姜长泓,王冬蕾,王敏,等.纸张抗张试验机调速系统设计研究[J].微电机,2008,(03).
    [61]贾军辉.声管中低频测试系统温度控制的研究与实现[D].东南大学,2003.
    [62]李浩.模糊控制用于异形罐生产姿态调整技术的研究[D].机械科学研究院,2003.
    [63]邢伟,潘海鹏.电阻炉智能温度控制系统的设计与仿真研究[J].浙江理工大学学报,2008,(05).
    [64]Yang S K、Liu T S, State estimation for predictive maintenance using Kalman filter,Reliability Engineering & System Safety,66(1):P29-39,1999.
    [65]张晶晶.粗糙集在故障诊断中的应用[D].南京理工大学,2006.
    [66]张吉志.SDG故障诊断专家系统及其Visual Prolog实现[D].北京化工大学,2008.
    [67]Fernando M, Agustin J, Basil M H, Diego R L, Ramon G. The fuzzy Kalman f ilter:State estimation using possibilistic techniques[J].Fuzzy Sets and Systems.200 6,157(16):2145-2170.
    [68]吴正华.大型立式混流泵振动分析技术的研究[D].上海交通大学,2009.
    [69]葛宪福.振动信号分析在旋转机械故障诊断中的应用[D].华北电力大学,2007.
    [70]孙楠楠.大型旋转机械振动监测与故障诊断知识体系的研究与实现[D].重庆大学,2006.
    [71]易健雄.基于小波分析的旋转机械故障诊断仪的研究与开发[D].江南大学,2007.
    [72]吴正华.大型立式混流泵振动分析技术的研究[D].上海交通大学,2009.
    [73]于燕平.基于小波变换和GMM的病态嗓音特征提取及识别研究[D].广西师范大学,2008.
    [74]易健雄.基于小波分析的旋转机械故障诊断仪的研究与开发[D].江南大学,2007.
    [75]黄治军.基于小波分析的传感器故障诊断研究[D].西北工业大学,2004.
    [76]Arun T.Vemuri.. Sensor bias fault diagnosis in a class of nonlinear systems[J].IEE E Transactions on Automatic Control,2001,46(6):949-954.
    [77]杨建平.传感器故障诊断的研究与应用[D].华北电力大学(北京).2004.
    [78]张伟.声光器件参数测量系统研究[D].重庆大学,2005.

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