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1、振动环境仿真系统方案上海葩星信息技术有限公司上海市徐汇区斜土路2601号嘉汇广场T1楼28F电话：+86-021-5187 0017；传真：+86-021-5156 1359；手机：+86-147 8258 8945；sales；tech文件状态： 草稿 正式发布 正在修改文件起草分工：Daniel更改历史版本更改描述更改日期更改人1.0初始版本2010-9-22Daniel目 录1概述41.1目的41.2适用范围41.3读者对象41.4术语和缩写41.5参考文档42振动与噪声解决方案52.1测试系统52.2EtherCAT振动噪声实现方案62.3测试系统硬件部分62.3.1激励装置和控制系统
2、62.3.2传感器: PCB 603C0162.3.3放大器72.4噪声振动软件部分82.5应用案例92.5.1变速箱测试和控制92.5.2轴承测试和控制112.5.3Balancing131 概述1.1 目的本文档的目的是：为振动环境仿真提供平台1.2 适用范围本文档适用于“振动环境仿真阶段”使用和维护阶段。1.3 读者对象本文档预期读者对象为：方案阶段1.4 术语和缩写ICP1.5 参考文档2 振动环境仿真解决方案2.1 振动环境仿真总体方案军用设备的振动控制不仅关系到使用的舒适，还关系到设备的安全感。但是相应的设备在使用的中环境变化很复杂。为了研究针对不同情况下设备的整体振动情况，需要使
3、用振动环境模拟系统。通过振动试验台可以实现前后，上下，倾斜等多个自由度的不同的路况的振动。通过建立相应的道路和环境模型，然后通过仿真系统加载到振动台就可以实现整体振动环境的仿真。仿真系统上位机ER-Sim仿真系统（实时仿真系统）路况/环境模型 运动控制卡振动台位置速度反馈模型下载被测试验件机械连接负载台机械连接2.2 EtherRT实验室解决方案EtherRT是一个针对数字化实验室的整体化解决方案，其基于信息以太网和实时以太网。其专门针对数字化实验室的需求提供了一下4方面的产品以帮助客户完成几乎所有的实验室建设需求。（1） ER-Sim， EtherRT的Simulation解决方案，其提供了
4、和Matlab的接口，可以将相应的matlab模型编译成代码在实时情况下运行，并且可以提供相应接口的IO板卡。（2） ER-DAQ，EtherRT的Data Aquiszation解决方案，其提供了针对于数据采集的软硬件解决方案（3） ER-SCtr，EtherRT的Safty Control解决方案，其主要提供针对实验室设备的安全控制和保护的系统，提供相应的软件和硬件（4） ER-Log，EtherRT的Loger解决方案，在很多是实验系统中，有时需要在车载以及加载台等恶劣情况下的数据采集和记录。ER-Log就是针对恶劣情况的数据记录用的。下图所示为EtherRT的整体解决方案：EtherR
5、T数字化实验室解决方案基于这种框架下构建的系统有如下特点：n 集成Ethernet和 EtherCatn 仿真应用, 1000IO扫描时间30usn 数据采集,速率可达 200kpsn 分布式仿真和分布式采集n 大规模IO，1万或更多n 可以很好和Labview, Matlab,Oracle 等集成n 有针对高高安全性控制要求的专门协议和设备n 有恶劣环境采集模块2.3 ER-Sim仿真虚拟物理环境实现下图所示为仿真虚拟的物理环境框图。系统控制实时仿真系统信号调理功率驱动仿真模型机械振动台通过模型和实时仿真系统就可以实现针对的物理环境的仿真和环境实现。实时仿真系统ER-Sim的整体实现方案如下
6、图所示。前端用户软件开发设计软件嵌入式系统附加服务其上位机软件使用的是Matlab/Simulink软件建立相应的模型，然后将模型编译成代码下载到实时仿真系统中，实时仿真系统中采用的实时操作系统，下载后可以保证相应的模型在us级别运行，这样就更好的还原了实际环境的真实性。2.4 ER-DAQ振动采集实现方案激励控制装置被测对象PCBICP传感器24bit振动采集专用端子运动控制端子PC控制上位机TwinCATEtherCAT1000IO,20us2.4.1 激励装置和控制系统2.4.2 传感器: PCB 603C01图是压电式力传感器的结构图,为提高传感器的灵敏度往往采用两片对放。被测力作用在
7、弹性顶盖上，直接传递到压电片上。压电片受力变形产生电荷，由引线输出。所输出的电荷大小反映了作用力的数值。图3.8压电式力传感器振动传感器: PCB 603C01参数： 100 mV/g 10.2 mV/(m/s) 0.4 to 10k Hz2.4.3 放大器放大器是将由换能器接收来的微弱信号经放大变成计算机能够接收的信号。放大器的选择原则是：首先，要与换能器相匹配，与其后续的分析仪器、信号处理设备（计算机）相匹配；其次、是放大器本身应具有频带范围宽、动态范围大、非线性失真小、噪声低、稳定性能好等。放大器一般分为：前置放大器（用作阻抗变换）、电压放大器（用作测量放大）、功率放大器（用作提供所需电功率）和控制放大器（保证输出是恒压、恒流、可自动压缩）为了实现压电式传感器的信号放大使用电荷放大器，电荷放大器是一个具有反馈电容的高增益运算放大器。他能将高内阻的电荷源转换为低内阻的电压源，而且输出电压正比于输入电荷。图3.11压电传感器与电荷放大器连接的等效电路2.4.4 噪声振动软件部分噪声振动的部分可以采用TwinCAT的CM Library，其包括如下部分：（1） Frequency 分析（2） Statics（3） Pattern Recongnition和Machine Learning软件部分框架如下图所示
