本文關(guān)鍵詞：基于雙線圈的力矩傳感器及其測試系統(tǒng)研究

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【摘要】：近年來,智能自行車日漸受到青睞。它的一項核心功能就是檢測騎行狀態(tài),從而驅(qū)動電機(jī)使騎行更省力。力矩傳感器是智能自行車的核心部件之一,是安裝在各種旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件上對扭轉(zhuǎn)力矩感知、檢測的傳感器。相比速度傳感器與加速度傳感器,力矩傳感器憑借著精度高、頻響快、可靠性好、壽命長等優(yōu)點,在近幾年出口歐美的助力自行車中得到廣泛應(yīng)用。在諸多力矩值測量的方法中,金屬應(yīng)變片力矩測量法以其優(yōu)異的測試精度和廣泛的實用性,在力矩測量領(lǐng)域得到了成熟的發(fā)展。為使力矩傳感器能在中軸力矩測量中具有更好的工作效果,本文采用了基于雙線圈無線供電和無線傳輸?shù)脑O(shè)計。采用電磁耦合諧振式無線電能傳輸模式,有效解決了力矩傳感器因伴隨中軸持續(xù)轉(zhuǎn)動而無法采用有線連接供電的問題。同時,采用互感線圈搭載頻率信號的方式進(jìn)行輸出信號的無線傳輸,再將輸出頻率信號進(jìn)行比較轉(zhuǎn)換,最終產(chǎn)生可以被電機(jī)控制器識別的電壓信號。通過實驗驗證,該傳感器良好地完成力矩信號的檢測功能。為保證力矩傳感器具有良好的輸出性能,本文針對力矩傳感器的使用環(huán)境自主設(shè)計了一套自動化測試平臺。該平臺對力矩傳感器在助力自行車中置系統(tǒng)中的使用環(huán)境進(jìn)行仿真,對助力自行車的行車受力進(jìn)行分析和標(biāo)定轉(zhuǎn)換,并在測試系統(tǒng)中進(jìn)行等效替代,實現(xiàn)了平臺測試代替實際測試的目標(biāo)。平臺采用伺服電機(jī)提供行車動力矩,負(fù)載制動器提供行車中所受的各部分阻力,標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測量儀對主動輪和從動輪的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩測量作為校準(zhǔn)標(biāo)定,程控電源對被測傳感器采集電路進(jìn)行供電。所有下位機(jī)設(shè)備集成于LabVIEW平臺下開發(fā)的上位機(jī)測試軟件,通過PCI-6229采集卡和VISA總線I/O軟件進(jìn)行采集和通訊。測試系統(tǒng)實現(xiàn)了對力矩傳感器的耐久性測試和熱敏性測試,為力矩傳感器的測試提供了全新的方式和方法。除此之外,本文還對力矩傳感器進(jìn)行了性能評價模型PAM(performance assessment model)的建模。該模型可以很好的評價力矩傳感器的輸出性能,并且以模型預(yù)測的方式對力矩傳感器的測試結(jié)果予以預(yù)測。實驗結(jié)果表明,模型預(yù)測的輸出值同實際測量值在各種因素的綜合影響下,誤差在2%~5%范圍內(nèi)。該模型對力矩傳感器的預(yù)測功能大大縮減了力矩傳感器的測試周期,對力矩傳感器的測試工作具有十分重要的參考價值。
【關(guān)鍵詞】：力矩傳感器 雙線圈 LabVIEW 自動化測試 性能評估模型
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-20
• 1.1 研究背景和意義11-13
• 1.2 扭矩傳感器的分類13-15
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀16
• 1.4 電動助力車助力傳感模式發(fā)展趨勢16-17
• 1.5 課題主要研究內(nèi)容17-19
• 1.6 本章小結(jié)19-20
• 第二章 力矩傳感器的總體設(shè)計20-31
• 2.1 力矩傳感器的工作原理20-27
• 2.1.1 扭矩測量原理20-21
• 2.1.2 扭矩測量理論分析21-24
• 2.1.3 應(yīng)變片的工作原理24-25
• 2.1.4 測量電路25-27
• 2.2 磁耦合諧振式無線電能傳輸27-29
• 2.2.1 磁耦合諧振式無線電能傳輸?shù)恼w架構(gòu)和工作原理27-28
• 2.2.2 無線VF轉(zhuǎn)換信號傳輸工作原理28-29
• 2.3 基于無線供電和無線傳輸?shù)牧貍鞲衅髟O(shè)計29-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第三章 力矩傳感器的軟硬件開發(fā)31-51
• 3.1 扭矩測量系統(tǒng)硬件電路總體框架31-42
• 3.1.1 無線供電模塊設(shè)計33-35
• 3.1.2 無線傳輸模塊設(shè)計35-42
• 3.2 扭矩傳感器軟件設(shè)計42-49
• 3.2.1 編程環(huán)境43-44
• 3.2.2 系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計44
• 3.2.3 主程序模塊44-45
• 3.2.4 數(shù)據(jù)的數(shù)模轉(zhuǎn)化模塊45-46
• 3.2.5 數(shù)據(jù)處理模塊46-49
• 3.3 力矩傳感器結(jié)果評價49-50
• 3.3.1 傳感器電壓信號標(biāo)定49-50
• 3.3.2 力矩傳感器設(shè)計評價50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 第四章 力矩傳感器測試系統(tǒng)設(shè)計51-67
• 4.1 助力自行車行駛受力分析51-54
• 4.1.1 行駛阻力分析51-53
• 4.1.2 行駛阻力的模擬53-54
• 4.2 測試平臺總體設(shè)計54-57
• 4.2.1 力矩傳感器性能影響因素分析55-56
• 4.2.2 測試方法及原理56-57
• 4.3 上位機(jī)軟件設(shè)計57-66
• 4.3.1 Lab VIEW軟件57-58
• 4.3.2 測試系統(tǒng)軟件設(shè)計58-66
• 4.4 本章小結(jié)66-67
• 第五章 力矩傳感器評價性能模型建模67-76
• 5.1 力矩傳感器PAM模型67-68
• 5.2 數(shù)據(jù)擬合68-70
• 5.2.1 耐久性測試傳感器精確系數(shù)擬合68-69
• 5.2.2 熱敏性測試傳感器精確系數(shù)擬合69-70
• 5.3 性能建模70-72
• 5.4 實驗結(jié)果驗證72-74
• 5.5 模型優(yōu)化74-75
• 5.6 本章小結(jié)75-76
• 第六章 總結(jié)與展望76-78
• 6.1 總結(jié)76-77
• 6.2 展望77-78
• 參考文獻(xiàn)78-82
• 攻讀學(xué)位期間本人出版或公開發(fā)表的論著、論文82-83
• 致謝83-84

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本文編號：785831