Experiments for Major Courses - APS

APS, ME
| visited times

1. Vibration

1.1 Knowing

1.1.1 Aim

  • knowing sensor
  • knowing different amplifier
  • knowing different exciter

1.1.2 Device

  • Sensor
    • piezoelectric accelerate or force sensor
    • vibration resistance displacement sensor
    • magnetoelectric speed sensor
  • Amplifier
    • charge amplifier
    • dual integral amplifier
    • ICP piezoelectric accelerate sensor
    • 可用于应变式加速度传感器的放大器（应变仪）
    • 一种电涡流位移传感器的专用放大器
  • Data sample and analysis device
    • digital peek voltmeter
    • computer dynamic data analyzer
    • cassette analyzer
  • Exciter
    • force exciter
    • impact hammer
    • power amplifier

1.1.3 Think

  • General, impact, low frequency sensor ?

    0.5Hz-5kHz, 1Hz-15kHz, 0.1-3kHz

  • Choose sensor ?

    • the object range
    • enviroment
    • precision

  • Piezoelectric accelerate sensor ?

    • when force, size change, electric field, electronics moving
    • screw : general
    • sticking : more intense
    • magnet : no harm

  • Amplifier

    • change charge inf to voltage inf
    • different sensor, different amplifier

1.2 Signal standardization

1.2.1 Aim

  • measure in time domain
  • knowing standardization and quantization
  • Knowing Cras6.* Computer sample system, how to analyze amplitude and frequency spectrum

1.2.2 Steps

  1. all button off, switch down
  2. Signal system build up
    1. choose accelerate sensor and its amplifier and put on the exciter
    2. wiring
  3. Set up amplifier according to the explanation
    1. precision出厂检定书灵敏度数值输入
    2. range初步设置量程（100mv/unit)
    3. limit上下限频率 : 在下限频率钮处设置一小于最低工作频率的值, 在上限频率钮处设置一大于最高工作频率的值
  4. Turn on
  5. into the system Cras6. *
    1. sampling frequency : 预设一个大于信号频率 5至10 倍的采样频率
    2. 数据块 : 1~2 块
    3. 触发参数:自由
    4. range : 无法确定可先设置 1000mV, 可根据信号大小调整
    5. unit : 对应传感器检定证书上的单位
    6. 校正因子 : 电荷放大器上的输出量程挡, 或传感器的灵敏度值, 或计算值（mV/Unit）
    7. 采集控制 : 采样频率≤256Hz 时, 推荐“监视, 逐页显示”
    8. 通道标记 : 根据需要设置与否
  6. use sin as excitation signal though amplifier till the exciter vibrate
  7. watching through oscilloscope
  8. sample and save
  9. point at the peek to show out the value : 点击波形显示, 用鼠标右键点击信号曲线任意峰值, 同时在波形图右上方读取有效值, 单峰值, 峰-峰值
  10. Sampling to knowing the spectrum
    1. 主要参数设置
      1. 分析频率 : 1/2采样频率或默认值
      2. 频率参数 : 分析类型选“定带宽”, 频谱类型选“功率谱”或“线性谱”
      3. 平均或谱阵线数: 平均或谱阵线数选 1~2 或默认值, 数据块长度选 1024, 平均方式选线性平均
      4. 时间窗计权函数 : 可不加窗, 即选“Rectangl”（矩形）
      5. 频响函数类型:选“H1”
      6. 采集方式: 采集方式选“监视”, 实时谱分析选“of” 其余都可为默认值”
    2. 信号采集或调用: 点击“采集”或直接下一步
    3. 频率信号处理与分析 : 点击“频谱”, 在频谱图中用鼠标右键点击相对高点的
      谱线峰值, 根据分析确定频率值
  11. save and print

1.2.3 Result

  • ideal ?

    2/3-3/4

  • choose sampling frequency

    • sampling : $f_s\ge 2f_{max}$
    • no mixing : $f_s\ge(3\sim4)f_{max}$
    • no distortion : $f_s\ge 2f_{max}$
    • frequency discrimination : $\Delta f=\frac{f_s}{N}=\frac{1}{t}$

  • virtual value and peek value

    $f=f_m/\sqrt2$

    $\frac{f_m}{f}\approx1.4195$

1.3 Natural frequency testing

1.3.1 Aim

  • different excitation device and how to excite
  • how to get power spectrum and frequency- response function

1.3.2 Steps

  1. all button off, switch down

  2. build testing system

    1. set up exciter and impedance using nut and bolt with the beam
    2. choose signal generator
    3. wiring

  3. Amplifier : precision, range, limit

  4. turn on

  5. into system Cras6. *

    1. 分析频率 : 1-5kHz
    2. 频率参数 : 分析类型 : 定带宽（所有频段都有良好分辨率）, 频谱类型 : 功率谱（自功率谱）
    3. sampling : 预设一个大于信号频率 5至10 倍的采样频率
    4. 平均或谱阵系数 : 建议大于“2”
    5. 时间窗计权函数 : 建议不加窗, 也即:“Rectangle（矩形窗）”
    6. voltage range: 无法确定可先设置 1000mV, 可根据信号大小调整
    7. unit : 对应传感器检定证书上的单位
    8. 校正因子 : 电荷放大器量程挡或传感器的灵敏度值（mV/Unit）
    9. sampling way : continuous
    10. 触发参数 : 自由运行
  • 白噪声

  1. generate signal

    1. 选择白噪声信号发生器频率档钮 1kHz 频率, 功率放大器衰减开关(ATTENUATOR)选10dB, 依次略微旋转白噪声信号发生器和功率放大器的幅度调节钮, 直至激振器有振感

    2. 观察示波信号, 略微旋转功率放大器幅度调节钮, 并调整电荷放大器量程挡, 使 2个通道信号接近满量程, 但过载灯不能一直亮着

  2. 采集, 保存

    1. 分别点击Power spectrum, frequency-response function properties amplitude- frequency and phase-frequency real and virtual frequency功率谱, 频响函数特性的幅频与相频特, 实频与虚频特性曲线, 观察各函数特性曲线的情况, 实在不理想的要注意查找问题, 改进一下重做
    2. 选择一相对理想, 易辨析的函数特性曲线, 确定first 4 inherent frequency前四阶固有频率 （用鼠标右键点出前四阶频率点）将相应的频率数据记录在表 5-1内
    3. 注意 : 此时将信号放大器, 功率放大器信号幅度旋钮逆时针旋回到底（以防激振器,
      功率放大器被冲坏）
    4. 将激振器移至梁中间, 重复6, 7
  • 普通函数信号发生器(手动扫频)

  1. 发生激励信号及示波

    1. 在普通函数信号发生器上选择一个接近一阶固有频率理论值的频率, 功率放大器衰减开关(ATTENUATOR)按在 10dB, 依次略微旋转交流信号发生器和功率放大器的幅度调节钮, 直至梁有振感

    2. 观察示波信号, 微调频率调节钮, 找到一通道（力输出通道）信号有突变及出现最大值的频率, 并记该频率点下对应的激振力值

    3. 调整电荷放大器量程挡使力和加速度 2 个通道信号接近满量程, 但过载灯不能一直亮着

  2. Sample and save

    1. 确定参数设置合理后, 每隔 10Hz 且监视力值大小, 不能超过以上记下的力值, 进行采集, 保存, 并将力与频率值记录到表 6-1 内

    2. 发生信号频率在接近一, 二, 三, 四阶固有频率理论值时, 特别注意, 以防漏掉关键频率点

    3. 注意 : 每次手动发生信号前须将信号发生器, 功率放大器的信号幅度旋钮逆时针旋回到底后,才能漫漫打开信号发生器和功率放大器的幅度调节钮, 到达控制力值止（在变频输入情况下容易冲坏激振器和功率放大器）

  3. 打印信号图形

1.3.3 Result

  • Calculation

    steel simply supported beam : $55mm\times8mm\times640mm​$, $\rho=7850kg/m^3​$, $E=2.0\times10^5MPa​$

    $$w_n=n^2\pi^2\sqrt{\dfrac{EI}{mL^4}}=280.879 n^2rad/s​$$

    • Section moment of inertia: $I=\frac{bh^3}{12}=\frac{50\times8^3}{12}=2133.33$
    • unit quality : $m=\rho bh=3.14​$

    $f=\frac{w_n}{2\pi}=44.70 n^2Hz​$

    • 各阶固有频率之比$1:2^2:3^2:4^2:\dots​$

    • | 1 | 2 | 3 | 4 |
      | —- | —— | —— | —— |
      | 44.7 | 178.81 | 402.33 | 715.25 |

  • how to get different order inherent frequency

    amplitude-frequency suddenly change when comes to the inherent frequency

  • precision influence ?

    sample frequency, times, device precision

1.4 机械系统结构模态参数测试

1.4.1 目的

  • 了解结构模态的含义
  • 了解利用不同的激振设备对振动系统激励的试验方法与技巧
  • 了解系统结构固有频率, 阻尼, 模态振型获取的几种方法
  • 掌握结构振型的一种识别方法

1.4.2 步骤

  1. 将实验梁按 9或18 段平分,在节点处按顺序标出点号(两固定端也计入)

  2. 将加速度传感器通过磁性座放在实验梁下某位置, 建议放在近梁的中间

  3. 选冲击锤, 连接

  4. 电荷放大器设置

    1. 力, 加速度分别出厂检定书灵敏度数值输入

    2. 初步设置量程（100mv/unit)

    3. 上下限频率 : 下限1Hz小于1阶, 5858A型1Hz或2Hz

      上限1kHz

  5. 开机

  6. 软件参数设置 :

    1. 分析频率 : 建议“1000”kHz
    2. 频率参数 : 分析类型选“定带宽”, 频谱类型选“线性谱”或“功率谱”
    3. 平均或谱阵系数 : 建议“4 ”
    4. 时间窗计权函数 : 1ch 可选“Force” （力窗）, 2ch可选“Exp1” （指数窗）, 也可不加窗, 即选“Rectangl”（矩形）
    5. 电压范围 : 无法确定可先设置 5000mV, 可根据信号大小调整
    6. 工程单位 : 对应传感器检定证书上的单位
    7. 校正因子 : 电荷放大器量程挡或传感器的灵敏度值（mV/Unit）
    8. 采集方式 : 选“监视”, 实时谱分析选“on”
    9. 触发采集有效无效选择控制选“要”, 采集过程监视类型选“频谱”
    10. 触发参数 :
      • 触发方式选“正触发”
      • 触发电平（%）选“5~20”
      • 触发延时选“-5~-10”
      • 触发通道选“1”

  7. 观察信号,确定激励力大小:

    1. 选实时示波,用激振锤激励实验梁近中间点位置若
      干次, 观察示波信号, 改变激励力大小, 调整电荷放大器量程挡及软件参数电压范围设置, 使 2个通道信号接近满量程, 但过载灯不能一直亮着, 保持或记下激励力大小
    2. 选择冲击锤的缓冲头（用冲击锤激励）
      分别用四种不同材料缓冲头的冲击锤对实验梁中间点位置敲击若干次按 1 方法每次以一通道（ch1）频谱图有一条平滑衰减曲线, 也不出界且相干函数接近 1, 来确定信号是否有效每一种材料缓冲头敲击信号作为一个文件保存起来
    3. 依次打开不同材料缓冲头敲击的文件, 点击频响函数, 分别观察不同缓冲头敲击出的幅频, 相频及实频, 虚频图, 观察前四阶固有频率明显与否及毛刺情况, 确定一缓冲头的冲击锤

  8. 正式采集信号

    1. 用最后选定的冲击锤依次对实验梁平分段节点进行敲击（两固定点不敲）敲击次数由“平均次数”决定注意 : 每次每点敲击力的大小尽可能保持一致
    2. 每一敲击点信号作为一个文件保存起来
    3. 各点敲击完毕后依次打开每个点文件的频响函数——幅频和相频图用鼠标右键寻找实验梁的前四固有频率, 将对应的幅值, 相位数据记录在相应的表格内
    4. 若用激振器激励的, 必须在实验梁各等分点上都要安装上加速度传感器, 同时
      参考 4 至8步骤和单元三 6至7等步骤
  9. 绘制打印振形图

1.4.3 结论

  • 应如何选择不同材料缓冲头的冲击锤 ?(从频率段及敲击技能方面考虑) 在获得主振型向量时, 你使用了哪一种频率响应函数特性曲线 ?

    激励力脉冲后半段有残余振荡, 可换用较软锤头或增大分析带宽解决

    幅值频率曲线

  • 将实验绘出的振型与教程计算绘出的振型图进行比较, 分析两者之间误差的主要原因

    阶数太少, 实验次数仅一次

2. 控制工程Matlab实验

simulink$\rightarrow$Simulink Library Browser

  • Basic Model:
    • Clock
    • to Workspace
    • Step
    • Scope
  • Control Model:
    • K: Gain
    • 1/s: Transfen Fcn

2.1 Time response

1 order / 2 order transfer function

that is MATLAB under step and sin signal and get response to get transfer function

  • simulate with LTI Viewer
  • add input and output point
  • step : Simulink \ Get Linearized Model
  • mouse right click : Bode
  1. Typical links

  • P

  • I

  • PI, PD, PID

  • inertial element

    • time constant influence
      随着 T 的增大, risetime tr 变大, peek time tp 也变大, 表现为曲线上升更缓慢

  • 2 order

    • different damping $\zeta$ influence
    1. $\zeta$< 0 , divergency,
    2. $\zeta$= 0 , persistent oscillation,
    3. 0 <$\zeta$< 1 , has overstrike, small tr ,
    4. $\zeta$= 1 , no overstrike, big tr , big tp ,
    5. $\zeta$> 1 , no overstrike, bigger tr &h tp

2.2 Frequency response

sin

  • 1式 : 输出幅值比输入小, 相位差大,
    • 优 : 超调小,
    • 缺 : 相位差大, 有延迟
  • 2 式 : 输出幅值比输入大, 相位差较大,
    • 优 : 输出幅值大,
    • 缺 : 相位差较大, 有一定延迟, 有较大超调量
  • 3 式 : 输出幅值和输入相近, 相位差较小
    • 优 : 与输入信号近似,
    • 缺 : 有一定超调

3. Frequency converter

3.1 Frequency converter parameter setting up

3.1.1实验目的

了解并掌握变频器, 面板控制方式, 参数的设置

  • 模式

    • PU
    • EXT
    • NET

  • PU步骤

    • PU/EXT : PU灯亮
    • MODE : 参数设置
    • 旋钮 : 频道PR.1
    • SET : 读取
    • 旋钮 : 旋到指定位置
    • SET : 设定

3.1.2实验内容

  1. 用变频器面板控制电机调速, 频率从 0～50HZ（PU运行模式）
  2. 用控制面板实施启动, 停止操作（PU运行模式）
  • 步骤
    1. 给变频器供电, 按PU 键, 旋转M 旋钮直接设定频率, 在数值闪烁时按SET 键．连接实验线路, 电机为星形连接方式
    2. 将电机 X, Y, Z短接, A, B, C接到变频器的U, V, W输出端
    3. 按下FWD/REV运行变频器, 按 STOP/RESET键停止

3.2 多段速度选择变频调速

3.2.1 实验目的

掌握变频器外部控制端子的功能, 以及外部运行模式下变频器的操作方法

3.2.2 实验步骤

  • 参数设置

  • 连接

  • 要求

3.3 十字路口交通灯控制的模拟 FX 24+

3.3.1 实验目的

熟练使用各基本指令, 根据控制要求, 掌握 PLC 的编程方法和程序调试方法, 使学生
了解用PLC解决一个实际问题的全过程

3.3.2 实验内容

4. Hydraulic

  • 齿轮泵Gear PumpCBB :

    • 进出口判断 : 进>出
    • 困油Trapping Oil : 同时两对齿轮啮合, 啮合系数>1, 体积在啮合过程变化
    • 限制压力提高[泄漏] :
      • 端面
      • 顶圆
      • 啮合线
    • 轴向间隙自动补偿 : 浮动轴套CBH

  • 叶片泵Vane PumpDTB :

    • 容积组成 : 转子Rotator, 定子Stator, 叶片Vane

    • 过渡曲线

      • 单 : 偏心

      • 双Double Acting Vane Pump : 阿基米德螺线, 等加速-等减速曲线

    • 叶片方向判断

      • 单 : 甩出, 后, 24
      • 双 : 减小磨损, 前, 10-14

  • 先导式溢流阀, 直动式区别Directly Operated Relief Valve,Pilot Operation Relief Valve

    • 先导阀确定阀动的入口压力, 主阀$\Delta p=p_i-p_o$
    • 主阀较软

4.1 液压泵性能实验

4.1.1 目的

了解液压泵的主要性能, 熟悉实验设备和实验方法, 测绘液压泵的性能曲线, 掌握液压泵
的工作特性

4.1.2 内容

  1. 测试液压泵的输出流量—压力特性$q=f(p)$
  2. 测试液压泵的容积效率—压力特性$\eta_v=\dfrac{q}{q_0}=f(p)$
  3. 测试液压泵的输出功率—压力特性$N_o=pq=f(p)$
  4. 测试液压泵的总效率—压力特性$\eta=\dfrac{N_o}{N_i}=\dfrac{pq}{Tw}=f(p)$
    • 平衡电机外杠杆法测出转矩大小 : 电机可动, 不动靠杆撑
  5. 测试液压泵的机械效率—压力特性$\eta_m=\dfrac{\eta}{\eta_v}=f(p)$

4.1.3 步骤

  1. relief Valve Max, turn on pump, cloes throttle valve, turn RV at a safe pressure 7, then open TV to max, get $q_0$空载
  2. turn TV,get p,q,T,n, by p changing from 6-maximal.
  3. turn up RV, turn off motor.

4.2 溢流阀静态性能实验

4.2.1 目的

通过实验,进一步掌握溢流阀的工作原理及其静态工作特性,了解溢流阀的压力稳定性, 卸荷压力和压力损失的基本概念;掌握溢流阀的静态特性的测试方法,掌握静态特性指标的内容及意义

4.2.2 内容

  1. 测试先导式溢流阀的调压范围和压力稳定性;
  2. 测试溢流阀的启闭特性;
  3. 比较先导式溢流阀和直动式溢流阀的工作特性

4.2.3 步骤

  1. turn RV, pump,
  2. After 30min, TO Solenoid-Operation Chang Directional Valve, close test V and throttle valve, set 11RV r at safe pressure, 7 Mega Pa.
  3. open test max-min, min-max, watch 2 pressure gauge, get the range
  4. turn up RV11, let q=0, then along, get p q by testV.
  5. test 2 kind of RV, DORV and PORV

4.3 节流调速特性实验

4.3.1 目的

节流调速回路是采用定量泵供油,通过改变流量控制阀阀口的开度来控制和调节流入或流出执行元件的流量,得以调节执行元件的运动速度
节流调速回路依其流量控制阀安放位置的不同,可分为进油节流调速回路, 回油节流调速回路, 旁路节流调速回路三种通过对节流调速回路特性的实验,了解和掌握节流阀
的调速特性

4.3.2 内容

测出旁油路节流阀调速回路的速度——负载特性曲线和功率——负载特性曲线,分析其调速特点

4.3.3 步骤

  1. open RV11, pump 18, make 11 at low p, set solenoid-Operation chang directional valve 17left-right several times to let air out of Hydraulic cylinder20
  2. loose RV2, close Speed Regulating Valve6, and bypass throttle valve9, open throttle 78,set RV2 at low p, move hydraulic cylinder19 several times to oust air.
  3. set 2 make pump p at 2 MegaPa, open 7,8 totally, slowly open 9,let cylinder speed appropriate,then back, open 17, let 2 cylinder touch
  4. from p 0-2MPa, let 19 push 20, get the time,work distance(speed)
  5. change 7 hatch/area, get 2 other data.
Copyright © 2020 五维生物, Visited times.
载入天数...载入时分秒...