简述神经网络基于环形球栅扭矩测量原理和策略

摘要：扭矩是反映机械传动系统性能的最典型的机械量之一。利用合适的扭矩传感器及测量策略，对机械传动系统的扭矩进行实时监测，对于保障整个传动系统稳定安全的运转具有十分重要的作用。探讨适合于高温、强冲击、多灰尘等极端环境下的数字式扭矩测量原理与策略，可将输入的机械量转换成相应的数字量，与计算机连接构成测量、制约系统，易于实现扭矩的自动测量与制约。由于其探讨的重大作用及广阔的运用前景，正日益受到国内外的高度重视，是目前国内外关注的热点之一。论文首先简述了扭矩测量及系统的进展历史，在此基础上对扭矩测量的国内外探讨近况、运用及进展动向进行了综述性的浅析与评论。以而引出了论文的主要探讨内容，即“基于环形球栅的扭矩测量原理与策略探讨”。论文对扭矩的定义进行了简要介绍；对转角式扭矩测量原理进行了概述；重点对环形球栅扭矩系统的核心部件，即环形球栅的结构和数学模型进行了讨论，建立了相应的直流激励模型和交流激励模型；在此基础上设计了基于环形球栅的扭矩测量系统模型，并对其扭矩测量原理进行了较为深入的浅析与探讨；针对传感器调制信号幅度较小的不足，对传感器结构的优化案例进行了浅析和讨论。论文的一项重要工作是对环形球栅传感器输出信号的解调策略进行了深入的浅析探讨，利用小波浅析和自适应神经网络的原理，构建用于解调的小波神经网络模型，在LabVIEW中编程实现，并利用该模型对环形球栅传感器的输出信号进行解调实验，结果表明构建的小波神经网络对环形球栅传感器输出信号的解调效果显著；为提升小波网络的收敛性能，采取遗传算法对小波网络的初始权值进行优化。论文的另一项重要工作是对扭矩传感器输出信号的相位差测量原理，即过零点法、相关法以及频谱法进行了浅析探讨，并提出了基于多元线性回归模型的相位差测量策略。通过对相关法、频谱浅析法和基于回归模型的策略进行测量实验，得到相关法在频率较高时，测量结果与频率呈非线性，而频谱法和回归策略的测量结果和频率大小呈线性联系的重要结论，以而可以通过线性函数来模拟测量结果和频率之间的联系，达到消除系统误差的目的。此外，为降低测量结果的随机波动，利用S-G滤波器和零相位滤波器对相位差的测量结果进行平滑处理，其效果显著。论文还对基于环形球栅的扭矩测量原理和策略进行了实验浅析探讨。论文提出的环形球栅扭矩测量原理，通过测量环形球栅扭矩测量系统中的两个传感器输出信号之间的相位差，获得扭转角，以而实现对扭矩的测量。利用研制的环形球栅传感器，和LabVIEW软件平台及计算机，构建了基于环形球栅的扭矩测量系统。为确保扭转角的测量准确度，对相位差的测量进行了大量的实验和深入的浅析。为降低测量误差，建立了多元线性回归方程，并利用该多元线性回归方程对相位差测量系统进行标定。通过对系统原理与策略的探讨及对实验结果进行的浅析与讨论，得出了一些很有作用的结论，并初步证实了系统测量原理与策略的可行性。论文希望通过对基于环形球栅的扭矩测量原理与策略的探讨，能引起同行们的兴趣，达到抛砖引玉的目的。关键词：环形球栅论文扭矩传感器论文小波神经网络论文多元线性回归模型论文

摘要3-5

ABSTRACT5-11

1 扭矩测量及运用综述11-21

1.1 引言11-12

1.2 扭矩测量及系统的进展12-13

1.3 国内外探讨近况13-15

1.3.1 国外探讨近况13-14

1.3.2 国内探讨近况14-15

1.4 扭矩测量的运用15-18

1.4.1 航空航天领域的运用15-16

1.4.2 船舶领域的运用16-17

1.4.3 其它领域的运用17-18

1.5 扭矩测量的进展动向18

1.6 论文的主要探讨内容18-21

2 扭矩测量原理及环形球栅传感器关键技术探讨21-45

2.1 扭矩的定义21

2.2 扭转角式扭矩测量原理21-22

2.3 环形球栅的工作原理22-36

2.3.1 球栅尺及其工作原理22-23

2.3.2 磁栅及其工作原理23-24

2.3.3 环形球栅的探讨和数学模型24-34

2.3.4 基于环形球栅的扭矩测量原理34-36

2.4 传感器结构的优化和浅析36-43

2.4.1 优化的传感器结构36-39

2.4.2 优化结构的有限元浅析39-43

2.5 本章小结43-45

3 环形球栅传感器信号的解调45-65

3.1 调幅信号的常用解调策略45-47

3.2 基于 WNN 的环形球栅传感器信号解调47-60

3.2.1 小波浅析原理47-51

3.2.2 人工神经网络51-53

3.2.3 用于环形球栅传感器信号解调的小波网络53-60

3.3 基于遗传算法的小波网络初始权值参数的优化60-64

3.4 本章小结64-65

4 传感器输出信号之间的相位差测量策略65-83

4.1 常用相位差测量策略65-69

4.1.1 过零点法65-67

4.1.2 相关法67-68

4.1.3 频谱浅析法68-69

4.2 基于多元线性回归模型的相位差测量69-77

4.3 相位差测量结果的数字滤波处理77-81

4.4 本章小结81-83

5 基于 LabVIEW 平台的软件设计83-95

5.1 LabVIEW 软件平台概述83-84

5.2 软件的总体设计84-86

5.3 激励输出和信号采集模块程序86-87

5.4 传感器信号解调程序87-89

5.5 相位差测量程序89-91

5.6 数据存取及报表生成管理程序91-93

5.7 本章小结93-95

6 实验及其结果浅析95-109

6.1 实验平台及实验步骤95-97

6.2 实验结果及浅析97-106

6.2.1 相位差测量的标定实验97-104

6.2.2 扭转角测量实验104-106

6.3 本章小结106-109

7 探讨工作总结109-113

7.1 全文总结109-111

7.1.1 论文完成的主要工作109-110

7.1.2 论文的主要创造性工作110

7.1.3 论文的主要不足及需要改善之处110-111

7.2 展望111-113

致谢113-115