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发动机扭振模拟信号发生器的研究

作　者: 曹欢
导　师: 徐汉斌
学　校: 武汉理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 扭转振动 PPM 解调 调制 信号处理
分类号: U464
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


汽车发动机轴系的扭转振动会引起发动机、传动系统及车架的振动,产生噪音,从而影响汽车乘坐舒适性、安全性甚至危及汽车的寿命等。对于扭振的研究,为了检定扭振装置及仪表的稳定性、测量精度,往往需要发动机在各种工况下发生扭振的信号,特别是对于一些理论研究而言,要找出其中的规律更需要大量真实的扭振信号作为基础,如果能有一种专用的扭振模拟信号源,那么就能为扭振仪器的设计开发、分析研究提供很大的便捷,因此,汽车发动机扭振模拟信号发生器的研究意义重大。本文以江铃某匹配VM柴油发动机曲轴的扭振信号为基础,重点研究了以下几个方面：(1)扭振信号的提取；(2)扭振信号的解调；(3)扭振PPM信号的模拟调制；(4)扭振PPM信号的硬件实现。首先介绍了汽车发动机曲轴扭振信号处理技术在国内外的研究状况,特别是曲轴扭振信号的测试、信号模拟、信号调制及解调技术的发展等,并提出了本课题的研究意义,内容和方法等。其次,介绍了扭转振动的基本理论、扭振现象以及来源,并对其进行了深刻描述；重点介绍了扭振的相位调制原理,从信号的角度分析了扭振的脉冲位置调制解调现象,对调制过程和解调方法进行了说明；并对发动机扭转振动实验环节作了简要介绍。第三,根据扭振的机理,从希尔伯特变换和等角度测量两种思路上对信号进行了解调,用MATLAB处理数据,并在SIMULINK中进行解调过程的仿真,对两种解调方法的结果进行了比较分析。第四,从电路调制的思路上求取扭振PPM信号的调制方法,在MATLAB和SIMULINK中得出了调制结果,分析了方法的可行性；通过调制结果寻找PPM信号的调制规律,分析模拟信号取样值与PPM时偏之间的联系,建立一种调制的数学模型,即数字调制算法,从而实现扭振PPM信号的真实恢复。最后,借助于EasyARM2131开发板,搭建硬件,在KEIL uvision4平台上,进行软件开发,编程实现了扭振模拟信号发生器的主要功能,并通过实验进行了验证,在示波器中测试了扭振PPM波形。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-21
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 扭振信号处理技术的研究现状  10-18
    1.2.1 曲轴扭振测试技术的发展  10-15
    1.2.2 扭振的解调及调制技术分析  15-18
  1.3 课题的研究意义和内容  18-21
    1.3.1 本文的研究意义  18-19
    1.3.2 本文的主要研究内容  19-21
第2章 扭振信号的提取  21-29
  2.1 扭转振动的基本理论  21-24
    2.1.1 扭振现象讨论与分析  21-22
    2.1.2 内燃机轴系激振的来源及其分析  22-23
    2.1.3 扭转振动的描述  23-24
  2.2 扭转振动的相位调制原理分析  24-26
    2.2.1 扭振的脉冲调制解调原理  24-25
    2.2.2 扭转振动的调制过程及解调分析  25-26
  2.3 实验部分  26-27
    2.3.1 扭振实验介绍  26-27
    2.3.2 数据获得及分析  27
  2.4 本章小结  27-29
第3章 扭振信号的解调处理  29-53
  3.1 扭振信号解调的总体方案确定  29-30
  3.2 希尔伯特变换解调扭振信号  30-33
    3.2.1 Hilbert变换的定义与实现方法  30-31
    3.2.2 Hilbert变换的解调原理  31-32
    3.2.3 希尔伯特变换应用于扭振中的分析  32-33
  3.3 直接解调法  33-35
  3.4 MATLAB扭振信号解调处理  35-47
    3.4.1 希尔伯特变换解调法的处理  36-45
    3.4.2 直接解调法的MATLAB处理  45-47
  3.5 扭振信号解调的仿真设计  47-52
  3.6 本章小结  52-53
第4章 扭振信号调制模拟  53-80
  4.1 电路调制实现方案分析  53-57
  4.2 电路调制法的MATLAB数字实现  57-68
    4.2.1 调制算法在MATLAB中的实现  57-61
    4.2.2 电路调制法在SIMULINK中的仿真  61-68
  4.3 数字调制算法推导  68-78
    4.3.1 正弦信号的PPM调制分析  69-72
    4.3.2 扭振信号PPM调制算法的建立  72-78
  4.4 本章小结  78-80
第5章 扭振信号模拟的硬件实现  80-90
  5.1 信号模拟硬件设计  80-81
  5.2 信号模拟软件设计  81-88
    5.2.1 编程环境简介  81-82
    5.2.2 程序实现  82-86
    5.2.3 程序下载到开发板  86-87
    5.2.4 实验结果分析  87-88
  5.3 对比分析及本文的设计特点  88-89
    5.3.1 与其他扭振模拟实现方法的比较  88-89
    5.3.2 本文扭振信号模拟的特点  89
  5.4 本章小结  89-90
第6章 总结与展望  90-92
  6.1 总结  90-91
  6.2 展望  91-92
参考文献  92-95
致谢  95-96
作者在研究生期间发表的论文与成果  96

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 汽车工程 > 汽车发动机
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