基于LabVIEW 与MATLAB 的振动系统实验设计与开发

岳立喜，范晓伟，卢艳楠，梅桂静

（河北联合大学 迁安学院，河北 唐山 064400）

0 引言

机械系统的振动问题十分普遍，尤其在动力结构向大型化、高速化、复杂化和轻型化发展的今天，机械振动问题更为突出。实验测试的方法作为解决机械系统振动的有效方法被广泛采用，常用的解决振动问题的实验方法是直接通过设备取得系统响应。而振动测试分析仪器比较昂贵，不适合中小企业和高职高专院校测试实验。本文提出传感器采集卡配合软件分析的方案，能够有效地对机械振动系统进行分析，解决振动分析问题。

1 实验系统设计

1.1 实验原理

系统通过激励产生一定的振动响应，然后由振动测量仪测量出激振力的位移、速度、加速度等响应特性，进而分析信号，获得该系统的特性。获得系统的物理特性之后，通过改变系统的质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵等特性，使系统的振动响应得到一个较好的控制。

本文以滚筒洗衣机滚筒振动为例。其实验目的就是通过调整洗衣机系统的各物理参量，优化各参量之间的组合，使得洗衣机系统的振动得到有效的控制，保证洗衣机系统的性能。本实验的信号采集系统框图如图1所示。

图1 信号采集系统框图

1.2 硬件组成

本实验的硬件部分包括洗衣机振动系统（激振源）、加速度传感器（检振环节）、电荷放大器（信号放大设备）、信号采集板卡（信号输入输出结构）和计算机（显示记录环节）。软件部分包括LabVIEW 和MATLAB软件系统。实验用到的仪器有加速度传感器、电荷放大器、NI数据采集卡和电子计算机。

2 实验步骤

首先连接测试系统线路，并对电荷放大器进行精度调整以及相关初始设置，完成传感器在洗衣机滚筒上的布置工作；然后检查连接线路，打开电源，检验采集系统平台的稳定性。完成前期准备工作后，利用LabVIEW 软件进行数据采集，改变振动系统结构的物理参数，分别采集在不同参数下的振动信号。完成采集实验，切断电源，各设备复原，应用MATLAB 软件对采集到的时域信号进行频谱分析。

本实验采用LabVIEW 软件编写数据采集程序，以程序的前面板作为数据的采集与显示设备。测试系统前面板如图2所示，采集程序如图3所示。采集系统实现了振动数据的连续采集和以文本文件形式的存储。

图2 采集程序前面板

3 数据处理

在LabVIEW 数据采集过程中，设定的采样频率fs＝5 000Hz，采样点数N＝35 393。利用LabVIEW软件进行频域分析时，对于采样过程中采样时间的界定不明确，会给分析结果产生影响。而当采用MATLAB对采集的数据进行分析时，则是严格地按照实际的采样长度进行分析，结果较为精确。图4 为采用MATLAB软件对采集的时域信号进行分析的结果，放大后的频谱以及功率谱如图5所示。

图3 采集程序

图4 信号分析图谱

实现上述功能的MATLAB程序如下：

图5 放大后的频谱以及功率谱

4 结论

本实验通过对洗衣机滚筒振动信号的采集与分析，验证了该机械系统振动实验测试理论的实效性。基于LabVIEW 软件编写了数据采集的程序，能够实现对振动信号的实时采集和以文本文件形式的保存，能够将采集程序中的采集模块与NI数据采集卡连接在一起。采用MATLAB 软件编写的信号分析程序，能够对时域采集的信号进行频域分析，该方法更能接近实际的信号分析结果。

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