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关键词： 虚拟仪器   核心物理计算模型   OASIS   跨平台接口  

摘要： 虚拟仪器(Virtual Instrument)技术是近几年发展起来的新一代仪器技术。它彻底改变了以往仪器的灵活性不强、成本过高的缺点，利用计算机来模拟传统仪器的各项功能，从而在计算机的基础上无须更多的硬件投入就可以实现完成各种分析、显示等功能。 近几十年以来，核反应堆由于其系统的超常规复杂以及对操纵人员的高要求，常常通过仿真和模拟手段进行安全研究。常规的全尺寸核反应堆模拟机虽然已经在大多数核电站上得到应用，并且在操纵员培训、参观仿真等领域获得广泛应用，但是由于其昂贵的代价，使很多研究型反应堆望而却步。 随着信息技术的高速发展，目前基于高性能工作站(或PC)上的核反应堆多媒体动态仿真系统在国际核电领域越来越受到重视，该系统由于应用计算机软件模拟核电站系统而不需要动用硬件，因此大大降低了开发代价，同时也具有可随意安装、操作以及修改等功能。但是由于这种系统往往受到核心物理计算模型和先进计算机仿真技术两种技术的限制，所以在我国也仅仅在借鉴国外基础上刚刚起步。 本课题旨在已经掌握的快堆核心物理计算程序和模型OASIS以及应用该程序对中国实验快堆(CEFR)工程各种瞬态工况的研究基础上，应用虚拟仪器技术进行开发与研究，获得一个完整的CEFR可视化动态仿真系统。课题以UNIX操作系统与Windows操作系统的网络接口方面和利用虚拟仪器开发工具LabWindows／CVI开发前端数据显示平台方面为研究重点，经过大量实践研究，初步完成了基于虚拟仪器技术的CEFR可视化仿真系统。该系统能基本满足通过客户端的多媒体模拟软件仿真运行于服务器端的CEFR系统瞬分析的功能，满足工程技术人员进行安全研究和参观学习的需求。

关键词： 虚拟仪器技术   测试系统   实验台   LabVIEW  

摘要： 随着电子技术、计算机技术等高新技术在汽车上的应用,使汽车结构、性能发生很大的变化,也对汽车工程的教学及实验设备提出了新的需求。因此,为适应汽车工业高速发展,提高教学整体水平,加强学生实践能力的培养,开展综合性的实践教学是非常必要的。 本文从汽车综合教学实验的角度出发,利用虚拟仪器技术研究开发汽车发动机、自动变速器、ABS为一体的微机控制综合教学实验台,以满足现代化教学的需求。 首先,以发动机台架试验、自动变速器台架试验、汽车防抱死制动系统的台架试验为基础,将其三者结合到同一实验台上,依据汽车的基本构造,通过电涡流加载及测功系统,路面模拟系统将发动机、变速器和ABS制动系统联系起来。构建汽车综合教学实验台的总体结构。 其次,根据虚拟仪器的硬件组成方案及特点,采用开放式结构,确定测控系统采用的硬件模块,并对本实验台测控系统的主要执行部件分别进行了选型,进行了数据采集系统及抗干扰系统的设计。 第三,根据汽车综合教学实验台的测控要求,选择LabVIEW作为软件开发平台,进行了检测程序的设计。主界面的程序设计中采用While结构、Sequence结构和Case等结构。其主要功能是进行各单项测试项目的选择、实验的提示、通道和采样频率的选取、停止运行等。应用程序共分为五个专用检测子系统和一个虚拟示波器,包括发动机燃油经济性能测试系统、发动机动力性能测试系统、自动变速器的相关测试系统、ABS制动测试系统、污染物排放检测系统。 通过测控系统的应用实验,验证利用虚拟仪器技术进行汽车综合教学实验测控系统的开发是可行的。

关键词： CAN   DSP TMS320F2812   eCAN   虚拟仪器技术  

摘要： CAN总线由于具有可靠性高、成本低、容易实现、协议完全透明、可扩展性强、组建系统非常灵活等优点，在现场总线的实际工程应用中占据了较大的份额。CAN总线已经广泛应用于汽车电子、工业控制、小区智能监控等热点领域。 本文研究了CAN总线在铁路养路机械(捣固车)电气控制系统上的应用，对一部原来没有CAN信号输出的捣固车电气控制系统进行了开发研究，使电气系统的各个模块实现了CAN网络的互连。本系统运用了DSP技术，设计了以TMS320F2812为主控制芯片的硬件平台，配以相应的外围驱动电路、信号处理电路、对F2812中CAN控制器开发，设计了一个CAN-bus互连的车载网络系统。系统软件是在DSP编译环境CCS下，用C语言实现的。参照CAN2.0B协议，制定了与之对应的各功能模块与上位机的通信协议。通过对DSP自带的CAN控制器的编程，实现了其CAN信号的发送和接收；并用虚拟仪器技术中的LABVIEW编写了CAN-bus中各节点的监控界面。NI公司的数据采集卡用来对捣固车原电气系统的作业信号进行采集并保存，与CAN-bus传输上来的信号进行了对比分析，结果证明CAN总线传输质量高，无掉包。 最后，对整个车载网络进行了扩展设计，针对RS-232串行通讯数据格式，利用串口和PC机对节点的数据进行解包。界面是基于LabVIEW软件而设计的。方便用户利用PC机对CAN网络中单个节点信号采集与处理。通过各功能模块之间、各功能模块与上位机通讯试验和其它测试，结果证明本系统工作正常，信号稳定，抗干扰能力强，成功实现了电气系统各功能模块的互联。本系统在实际试验中取得了良好的效果，达到了设计目的；本系统的研究对CAN-bus和虚拟仪器技术在铁路养路机械电气控制系统的应用具有一定的意义。

关键词： 虚拟仪器   接口驱动   数据采集   小波   神经网络   故障诊断  

摘要： 柴油机具有燃料经济性好、工作可靠、耐久性好、功率范围广、排气污染小等一系列优点，不仅在重型汽车、工程机械上得到了广泛的应用，而且在中小型汽车、甚至轿车上的应用也日益增多。开展柴油机智能化故障诊断技术研究，可以保障生产的安全性，减少或避免因事故而造成的重大经济损失和人身伤害；能够帮助维修人员缩短检修时间，提高维修质量。 人工神经网络特有的非线性适应性信息处理能力，克服了传统人工智能方法对于信息处理的缺陷，使之在神经专家系统、模式识别、智能控制、组合优化、预测等领域得到成功应用。而BP神经网络是前向网络的核心部分，体现了人工神经网络最精华的部分。 随着微电子技术、计算机技术、软件技术和网络技术的高度发展及其在电子测量技术与仪器上的应用，测试技术在许多方面已经突破传统测试仪器的概念。以计算机软件技术为核心的虚拟仪器技术用计算机软件替代了传统仪器中的某些硬件，不仅可以节省硬件开支，而且缩短了研发时间，减小了设计难度，它的出现使测试技术进入了一个新的发展时代。 本文利用NI公司开发的图形化编程语言LabVIEW，并且通过LabVIEW软件中的MATLAB脚本节点调用MATLAB程序，构建了一套基于虚拟仪器的发动机振动测试和分析系统，从而完成了发动机振动信号的数据采集、信号的降噪、信号的小波包特征提取及故障的智能诊断。 文中通过对通用数据采集卡三种接口驱动程序开发方法做比较，最后确定了利用调用动态链接库的方法来编写UA301数据采集卡的接口驱动程序，该方法简单易行，运行起来快捷稳定。智能化故障诊断的关键在于故障特征的提取，文中将信号样本进行小波包变换，而后计算各子频带所占总频带的能量比，得到8维特征向量。选取好特征向量后，构建四层BP神经网络，训练好后用其对样本进行故障识别，取得了良好的效果。从而说明基于小波包的特征提取可以有效提取故障信号的特征信息，并且利用BP神经网络进行故障诊断也是切实可行的。

关键词： 虚拟仪器   LabVIEW   数据采集   测试   冷热复合机  

摘要： 本论文是基于深圳市科技基金项目《太阳能与天然气驱动的冰箱空调热水三用复合机研究》背景下立项开展的基于虚拟仪器技术的冷热复合机测试系统的研究。该项目为促进制冷空调行业的能源替代及能源综合利用、节能和环保而开发了一种复合能源尤其是低品位热源驱动的冷热复合机。它是一种由太阳能、天然气等作为复合能源驱动的带热回收的家用卫生热水、空调、冰箱等功能为一体的冷热复合机。 为了获得完善可靠的数据以研究该冷热复合机的实际运行性能,结合虚拟仪器的强大功能,我们应用以LabVIEW为平台的虚拟仪器技术构建了功能较为强大的数据检测系统。该检测系统的特点主要有: 1)以LabVIEW软件及相关硬件为核心,其后续数据处理主要是通过软件来实现,简化了系统结构; 2)可同时对多个参数进行实时高效的测量与分析,可对制冷机各部分的温度、流量、压力、液位等参数进行实时监测、处理与分析,并可进行相关诊断。同时由于信号传送和数据处理主要靠数字信号或软件来实现,因而大大降低了环境干扰和系统误差的影响,同时减少了测试系统的硬件环节; 3)具有良好的人机界面,测量结果是通过由软件在计算机屏幕上生成图形界面并由软面板来实现的; 初步设计及检测结果表明,该测试系统具有界面友好、测试精度高、反映快速、实时性好,数据处理与分析功能全面,可以较好地满足使用要求。同时,该测试系统还便于获得该扩散吸收式制冷机的最优控制规律。

关键词： 冲击试验   LabVIEW   离散GABOR变换   联合时频分析  

摘要： 本文研究的内容是通过电力变压器冲击试验来实现电力变压器故障的在线检测。整个系统共有三部分组成,分别是采集测量部分、滤波算法部分和故障诊断部分。首先利用LabVIEW虚拟仪器技术建立冲击信号采集测量平台。考虑到冲击试验中的信号都是时变信号,也就是非平稳信号,因此设计了一种基于离散GABOR变换的软件滤波算法对冲击信号进行滤波,其滤波理论依据是:有效信号的Gabor系数在时频域分布比较集中,幅值比较大,噪声的Gabor系数均匀分布于整个时频域,幅值较小,通过构造时频掩模函数来实现有效信号与噪声的分离。实践证明这是一种比较理想的滤波算法,完全满足试验的要求。故障诊断建立在对滤波后信号的分析的基础之上。传统的故障诊断方法如冲击电压波形法、中性点电流法和传递函数法等,主要靠人工操作,和技术人员的能力、经验有很大关系,因此各自都存在着局限性。本文在这些传统方法的基础上,提出了一种新的基于联合时频分析的故障诊断方法。该方法首先根据滤波后的冲击信号得到差异电流信号,然后对差异信号进行联合时频分析,得到时频分布图。不同的时频分布图反映不同的故障特征,不同的故障反映在时频分布图上也是不同的。通过建立故障时频分布图数据库,就可以实现电力变压器故障的自动定位、识别。由于该方法完全由计算机完成,较传统方法准确性比较高,应用前景更为广阔。

关键词： 虚拟仪器   远程监控   Hilbert-Huang变换   小波去噪  

摘要： 随着国民经济的发展,各种工业生产对电能质量的要求不断增高,同时各种电能质量问题也越来越严重,因此及时准确的对电能质量进行检测,对工业生产有着重要的指导意义。然而目前国内大多数电能质量检测仪器普遍存在精度不高、实时性不强、测量参数较少、不能实现网络化检测、系统升级困难等缺点;针对这些不足,本课题开发了基于虚拟仪器技术的电能质量参数检测系统,实现了对电能质量高精度、多参数、网络化检测。 作者在阅读了大量国内外文献的基础上从电能质量的国家标准出发,研究了各指标的计算方法;在分析了电压波动与闪变、谐波的常用检测方法的不足后,将一种新的时频分析方法:Hilbert-Huang变换方法引入到电能质量检测领域中来,并用仿真证明了该方法比短时傅立叶变换、小波变换等在对非平稳信号的分析中更具有优势;针对噪声对Hilbert-Huang变换的影响进行了详细的分析,提出了用小波去噪的方法对信号进行去噪预处理,实验证明该方法可以有效的抑制噪声,很好的改善HHT变换的分析结果;开发了新型的电能信号测量装置,该装置主要由前置测量模块和远程监控模块组成。前置测量模块以ADE7758为主功能芯片,实现了对电信号的高精度测量,同时在本模块中还设计了HID类的USB接口和RS422接口,实现了与上位机和远程通讯模块的数据交换;远程监控模块采用具有内置协议栈的W3100A芯片,实现了测量的网络化。 本课题开发的基于虚拟仪器技术的电能质量检测系统与传统的测量仪器相比,具有数据处理功能强、测量参数全面、系统升级简单、人机交互性好、能保存大量的历史数据、实现了网络化检测等特点,具有较大的使用价值和应用前景。

关键词： 天线远场测量   虚拟仪器技术   仪器控制总线   LabVIEW   波导缝隙馈电   微带天线阵  

摘要： 本文研究的内容包括天线自动测量系统构建和波导缝隙馈电微带天线阵设计两个部分,分别介绍了天线测量系统的软、硬件设计方法和波导缝隙馈电微带天线阵的设计过程。 天线测量是分析天线性能的重要手段,是完成天线系统研制的重要环节之一。本文介绍的天线测量系统是在天线远场测试技术和虚拟仪器技术相结合的基础上构建的,通过介绍天线远场测量原理得到了天线测量系统的原理框图。研究内容包括仪器控制技术在测量系统中的应用,测量系统的硬件组成,尤其是转台控制系统的设计原理和基于LAN总线的测试仪器控制方法。系统的软件设计充分利用了LabVIEW丰富的功能函数和直观方便的图形化编程方法,使得系统测试界面功能更加完备、操作更加方便。 波导缝隙馈电微带天线阵是一种采用新型馈电技术的微带天线,和微带线馈电的微带天线阵相比,波导缝隙馈电微带天线阵具有效率高、便于幅度加权等优点。本文在分析了波导缝隙—微带耦合结构的基础上设计了波导缝隙—微带耦合馈电网络,通过调整波导缝隙的偏移量和谐振长度使馈电结构满足设计要求,然后采用变换段加权的方法设计了串馈微带贴片阵,并进行了仿真计算,最后设计、加工了一个X波段16×16元波导缝隙馈电微带天线阵,并利用本文构建的测量系统对该天线进行了测试,测试结果表明天线指标基本达到了设计要求。