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1、矿用采掘装备载荷识别平台设计摘要：动态载荷识别技术在重载采掘装备方面目前处于初始研究阶段，由于动态载荷通常无法直接测量或测量比较复杂，在实际工程应用中还没有起到作用。本课题首先需要对动态载荷识别技术有所了解，然后根据载荷识别算法构建出载荷识别人机交互平台，输入为振动测试信号，输出为辨识的载荷。最后根据载荷特点，应用雨流计数法得到载荷谱，为矿用采掘装备的设计提供理论依据。 了解载荷识别技术在矿用装备中的应用。根据载荷识别算法采用VB或者其他编程语言搭建载荷识别人机交互平台，实现矿用采掘装备的载荷辨识。建立振动测试信号数据库，并与上述人机交互平台界面连接，实现数据的存储、调用、显示及作为输入输出的
2、功能。构建载荷谱计算平台，对识别的载荷进行统计分析。关键词：动态载荷；人机界面；载荷谱IMining and mining equipment load recognition platformAbstract: Dynamic Load Identification technology in terms of heavy-duty mining equipment currently in the initial research stage, due to the dynamic loads are usually not directly measured or measuring m
3、ore complicated, in practical application has not yet play a role.This paper first need to understand the dynamic load identification technology, and build a human-computer interaction internet load identification recognition algorithm based on load, vibration test signal input, output load identifi
4、cation. Finally, according to the load characteristics, application rain flow counting method to obtain the load spectrum, provide a theoretical basis for the mine with mining equipment designs. Learn load recognition technology in mining equipment application. Build load identification based on hum
5、an-computer interaction internet load recognition algorithm using VB or other programming language, to achieve load identification mining mining equipment. Vibration test signal to establish a database, and connected to the man-machine interactive platform interface to achieve data storage, call dis
6、play and input as output. Construction of the load spectrum of computing platforms, the identification of the load were analyzed.Keywords: dynamic loading; man-machine interface; load spectrumII目 录摘要IAbstractII目录III1 绪论11.1 课题的提出原因11.2 课题的主要内容11.3 课题的构思11.4 本人所完成的工作量12 载荷识别平台搭建32.1 人机交互界面设计要求32.1.1
7、软件界面的人机交互接口设计32.1.2 软件界面人机交互的输入输出设计32.1.3 一致性原则32.1.4 窗口设计32.1.5 界面效果42.1.6 反馈信息42.1.7 容错手段42.2 人机界面53 建立振动测试信号数据库63.1 系统组成63.2 采集数据数据库存储的实现方案63.3 软件设计63.3.1 数字型数组转化为字符串模块63.3.2 应用LabSQL访问数据库73.4 通过txt导入数据库7III3.5 数据库建立的要求73.6 数据采集程序74 构建载荷谱计算平台94.1 编写雨流计数法方法94.1.1 雨流计数法简介94.1.2 程序设计流程104.1.3 在程序中的具
8、体实现104.1.4 结论135 结论15附录A16人机交互程序16运行结果19附录B20雨流计数法120雨流计数法223运行结果25参考文献31致谢32IV1 绪论1.1 课题的提出原因动态载荷识别技术在重载采掘装备方面目前处于初始研究阶段，由于动态载荷通常无法直接测量或测量比较复杂，在实际工程应用中还没有起到作用1。本课题首先需要对动态载荷识别技术有所了解，然后根据载荷识别算法构建出载荷识别人机交互平台，输入为振动测试信号，输出为辨识的载荷。2最后根据载荷特点，应用雨流计数法得到载荷谱，为矿用采掘装备的设计提供理论依据3。1.2 课题的主要内容 （1）了解载荷识别技术在矿用装备中的应用。（
9、2）根据载荷识别算法采用VB或者其他编程语言搭建载荷识别人机交互平台，实现矿用采掘装备的载荷辨识。（3）建立振动测试信号数据库，并与上述人机交互平台界面连接，实现数据的存储、调用、显示及作为输入输出的功能4。（4）构建载荷谱计算平台，对识别的载荷进行统计分析5。 1.3 课题的构思 （1） 先查阅网上资料 （2） 收集资料 （3） 整理资料 （4） 下载matlab，vc等软件 （5） 学习matlab，vc等软件 （6） 学习window编程 （7) 学习matlab gui （8） 编制人机界面程序 （9） 学习雨流计数法 （10）编制雨流计数法1.4 本人所完成的工作量 （1） 载荷识别
10、平台搭建。 （2） 数据库与平台的连接。 （3） 载荷谱计算程序编制。 （4） 外文资料翻译一篇。（5） 设计说明书一份。22 载荷识别平台搭建2.1 人机交互界面设计要求2.1.1 软件界面的人机交互接口设计 软件与用户的人机交互界面设计最初要从人机交互用户接口入手。用户接口的形式通常取决于软件所要针对的用户类型。不同类型的用户对软件系统的形式有不同的习惯和要求。使用者类型定位和区分很重要，它直接影响软件的使用，最终的成功或失败的形式。人机交互：用户界面的下拉菜单菜单，弹出快速菜单和工具栏，菜单，图标菜单是一个非常直观的用户界面的形式，易于理解和识别的功能的图标应该尽可能根据公认的功能表示。
11、如：采用类似于Office软件系列中的图标来表示相似的功能。2.1.2 软件界面人机交互的输入输出设计设计人机界面是用户和软件系统的人机交互输入层，全面和成功的，友好的人机交互界面设计中的人机交互，也必须在统一的输入和输出接口的综合分析，从人机工程学的角度来分析了软件系统的用户提供了一个真正的问题，在规划，评估一些常见的容易犯的错误。例如，如果使用大量的术语或缩写，不了解用户的需求和用户的不确定的操作，解决问题有相互矛盾的地方，设计风格。2.1.3 一致性原则一致性的人机交互界面，主要体现在投入产出效果的交互式输入输出系统内的一致性是在软件的具体布局，外观相似，类似的人机交互界面，以及类似的信
12、息显示格式。扩大教育也可以在一个平台上的一致性在软件应用程序之间的一致性，例如在Macintosh平台下运行的软件界面设计，保持高度的一致性，用户不会花太多时间，你可以在软件中快速学习其它软件的原理。显然，连贯原则是有用的用户熟悉的软件复用与软件过程和记忆的缺陷。2.1.4 窗口设计屏窗口在屏幕上的设计是人机界面设计的一个重要方面是在屏幕上显示的区域布局，设计，信息的重要性和明晰的科学安排，使窗口新鲜和大气。一般，眼睛容易疲劳或不很容易被忽视，往往是区域提供了重要信息，帮助信息或通常在屏幕的底部。在窗口的空间，应该有一个明确的，准确的安排，布局，个别地方还应插入一个空的空间，在特定的元素。好的
13、窗口设计复杂的软件系统大气，看起来简单，意义和强度的知觉，视觉清晰。2.1.5 界面效果人机接口、结果的具体表现。单调的黑白文本容易让用户快速疲劳，颜色，图像和其他媒体的光接口可以感染更多且有更多的视觉疲劳；图形、图像信息量大的优势。因此，多媒体表示，某些隐喻或操作设备的用户和其直接和可见的、逼真的印象，提高软件系统的可理解性和易记忆的每个用户图形，颜色隐喻，爱的味道非常不同的媒体，媒体错误的颜色，或能引起强烈的情感起伏，也可能使多媒体起相反的效果，因此，不能滥用。一般的用户，最好用一个比较温和的一些媒体，如：色彩柔和，更中立。有时个别的颜色来显示重要的信息，以吸引顾客注意力的重要区域。总之，
14、多媒体应用，可提高传染性，一个理想的疲劳，界面效果。但也不认为这是普便的现行标准，在不同的媒体应主要基于文本的效果。因为只有文字才能简洁，清晰和准确的给用户传递信息. 2.1.6 反馈信息人机交互反馈意味着用户在人机交互过程中，用户对软件系统的信息反馈。对软件的用户交互响应的评估之前，用户可以操作，因此人机界面设计从用户的反馈，如长时间的过程，你应该告知用户必须等待输入数据，则应告知用户数据是否正确的一个操作，那么应该通知用户是否操作完成。默认的在某些领域，应尽量直接指定。用户输入相应的信息，有无错误。如果有错误，用户无法校正，使系统无法继续运行。为此设计时应该首先确认软件系统的输出内容，确定
15、物理的输出需求，设计、验证和测试输出效果，观察和聆听用户的意见，并迭代式地对输出的反馈界面进行反复修改。2.1.7 容错手段在互动过程中的误差是很难避免的，软件系统应该能够有一个功能，和一个相应的错误提示或错误处理，包括误差修正错误的信息和建议。如果软件系统提供保护，防止错误的功能和恢复功能等，是理想的容错方法，以防止用户软件系统的错误，造成了严重的破坏或丢失重要信息。在不容易理解位置加上帮助功能，支持用户快速理解软件系统对于非熟练用户，在线联机常常是一个巨大的作用。如果不能有效地帮助用户发现错误的输入，将使软件系统的后续运行变得毫无意义。软件系统输入的方法有多种: 键盘、鼠标、触摸屏、话筒、
16、扫描仪等。不同的输入方法，提供容错的一个挑战。在这过程中，我们需要的信息尽可能的简单，以减少误差的频率。例如，减少输入数据。2.2 人机界面人机界面模块是载荷测试系统的外在风格显示，主要包括程序启动和登录界面，上述模块的正确链接，并能够给出错误提示。 3 建立振动测试信号数据库3.1 系统组成数据库应用系统是由数据库系统、应用程序系统、用户组成的，具体包括：数据库、数据库管理系统、数据库管理员、硬件平台、软件平台、应用软件、应用界面。 数据库应用系统的7个部分以一定的逻辑层次结构方式组成一个有机的整体，它们的结构关系是：应用系统、应用开发工具软件、数据库管理系统、操作系统、硬件。例如，以数据库
17、为基础的财务管理系统、人事管理系统、图书管理系统等等。无论是面向内部业务和管理的管理信息系统，还是面向外部，提供信息服务的开放式信息系统，从实现技术角度而言，都是以数据库为基础和核心的计算机应用系统6。3.2 采集数据数据库存储的实现方案所收集的数据存储测试系统在一个SQL数据库的ADO（activexdataobject）、txt文本或ADO.NET连接数据库。ADO是最广泛使用的技术，因为Windows操作系统已经包含了ADO和ODBC可访问支持ADO和ODBC数据库，例如，在这将使用到SQL、Foxpro、MicrosoftAccess等78。ADO是Microsoft的开放提供了一个数
18、据库的访问。ADO是通过编程模型实现对数据库的操作。编程模型是访问和更新数据源所必需的操作顺序,它概况了ADO的全部功能。数据连接（ODBC opendatabaseconnectivity，）是微软公司开放服务对数据库架构的一部分，提供对SQL ODBC支持工程师直接将SQL语句的数据库与应用程序之间的一个公共接口，应用程序通过访问ODBC数据库，不直接与数据库的通信 9 。3.3 软件设计软件部分是上述方案的具体实施，首先要对采集的数据进行处理，处理后的数据存储在数据库中，数据库的查询。3.3.1 数字型数组转化为字符串模块计算机中的数据收集的数据是在SQL语句的字符串插入，因此，需要首先
19、通过convertfromdynamicdata.vi波形转换成字符形式，框图程序如图1所示。这里用“数字型数组”代表波形数据经ConvertfromDynamicData.vi转换后的数组 。 图1数字型数组转化为字符串模块由于多通道采集，图1中的程序将被多次调用VI模块形式。3.3.2 应用LabSQL访问数据库Access数据库的基于LabVIEW的数据库的ADO技术实现分组，完全是一个自由和开放源码的数据库工具，其中包括几个VI集。应用LabSQL将采集数据存储到数据库,过程如下: (1) 首先通过ADOConnnectionCreate.vi与ADO建立连接; (2) 然后通过ADO
20、ConnectionOpen.vi打开一个数据源的数据连接字符串的决定。(3) 打开数据源后,通过SQLExecutive.vi执行SQL语句; (4) 对数据库操作已完成最后的ADOCon2nectionClose.vi关闭Connection。3.4 通过txt导入数据库（1） 先用FileInputStream或FileReader将txt文本中的内容读出来。（2） 再将这些内容放到一个字符串中。 （3） 打开数据库，用普通字段或Blob字段将字符串写进数据库。3.5 数据库建立的要求利用测试系统测试工程越来越测试复杂，工程测试系统的要求越来越高，不仅具有强大的数据分析处理能力，还需要庞
21、大的数据管理能力，在试验测量系统设计中，成为不可缺少的一部分。3.6 数据采集程序数据采集程序主要是和ADAM551.以及NI6023E通信正常后，根据采集模块的要求来实现具体采集功能的程序10。由于采集了大量的数据，需要一个数据库来管理这些数据，数据库管理和MATLAB的接口程序，数据库提出了要求，特别是满足以下功能模块： （1） 提供SQLserver2000和matlab链接的接口功能； （2） 能够在形成俘获矩阵人工判断数据足够后，matlab程序可以和数据库程序正常链接，能够自动把采集到的程序加入到数据库中区； （3） 可以正常查询数据库中的数据，完成数据库的创建，访问，删除。4 构
22、建载荷谱计算平台4.1 编写雨流计数法方法4.1.1 雨流计数法简介雨流计数法又可称为“塔顶法”,是由英国的M a t2su isk i 和 E ndo 两位工程师提出的, 距今已有 50 多年。雨流计数的主要技术界，尤其是广泛用于计算疲劳寿命11。特别是在50年前的手工计算，人工计算的只是一些相对简单的（数据量不大）数据的数据手册，更多的问题不太容易。随着电子计算机的发展，这些琐碎的速度加快，从而简化计算12。该方法的突出特点是根据研究的应变之间的线性关系的时间计数的样本，即通过雨流计数法的一系列运输记录13。雨流计数法有下列规则：1） 雨水流入的出发点和检验记录在每个内部边缘最大，1，2，
23、3，其他的顶部开始。 图 1 雨流计数法2） 流量峰值（即顶板垂直向下滴流直接对面有一个在启动时的最大值或最小值（或最大值）更正的负面迄今最小）14。3） 当雨水遇见屋顶上流动的雨时,当雨停止流动，形成一个循环。4） 根据雨滴流动的起点和终点，画出各个循环，将所有循环逐一取出，并记录其峰谷值15。5） 雨水流入每个水平周期长度的振幅16。通过雨流计数，特别是峰谷值检测和无效幅值去除后负荷周期的离散形式的数据在我们的电脑上完成每一步都需要编写程序17。上述过程可用程序来实现其流程图 图2 流程图4.1.2 程序设计流程该程序设计方案分为人机界面的显示、载荷谱的输入、载荷谱的输出，雨流计数编写几个
24、模块来实现上述任务的主要编制流程。 图3程序流程4.1.3 在程序中的具体实现雨流计数方法的实现方案，数据压缩和获得循环数两个步骤。数据压缩是容易计数循环数据阵列包括峰谷值检测和无效幅值去除。1） 数据压缩的峰、谷值是数据内容，包括峰谷值是为下一步数据处理阵列。在这个过程中，首先应压缩相邻的同等数（保留一个值，然后继续），提取峰谷值和在一个阵列E（n），一个数组F（n），i和j两个数组的元素。在同等数值的按钮（如图2），相邻的菱形框架条件之前和之后的判断是否是不相同的两个元素，如果这些数量是真正的值则保留，否则另一个数字决定，直到最后一个数字，这个数字。在峰谷值检测（见图3），判断条件是不相邻
25、的数字大于零（即是否同号），如果真值表示E（i）两侧同时更多（或更少），而数E（i）是高峰和低谷；否则继续。 图 4 压缩等值点 2） 无效幅值去除就是将幅值很小的点去除。因为在很多的疲劳寿命中，这些小振幅振幅循环的物理模型删除无效数据，可以有很多的类型和研究后循环小波的选择。这里取用变程阀值公式:变程阀值= (最大值- 最小值) *% 图 5 检测峰谷值阈值是小的周期阵列的压缩过滤器是可以忽略的, $ 是阀值的精度, 根据给定的精度，确定类型和数组处理的精度。无效幅值去除在程序实现时，只需要一个判断。当我反复试验，发现在评估（例如，一个循环结束的雨流）是最合适的。循环的数目通常是雨流计数，在
26、对接和第二雨流计数的不同波形的三个步骤，根据不同的情况来决定, 例如: 高均值偏态波形只要一次雨流计数便可以完成。1) 一次雨流计数是从压缩数据中提取的记录周期，特征值，如最大振幅，等。我用雨流计数，以个人的理解总总结的一些规律，为“四点法”的程序，并且实现起来也较容易。如图 4 所示, 在数组中有许多形式但也只有这两种, 如果a大于或等于b，b rfdemo1% rfdemo1(10)% rfdemo1(2 3 2 4 2 5 1 6)% By Adam Nies硂ny% ajnpo.opole.plerror(nargchk(0,2,nargin)if nargin=0, % turnin
27、g points from 16 random numbers ext=sig2ext(randn(4);elseif length(ext(:)=1, % turning points from n random numbers ext=sig2ext(randn(1,ext);else % turning points from vector ext ext=sig2ext(ext);enda=rainflow(ext,1);m n=size(a);if n100, button = questdlg(Rainflow found num2str(sum(a(3,:) cycles! Do
28、 you want to continue?,. Continue Operation,Yes,No,No); if strcmp(button,No) error(Function aborted by user.) endendcol=ymcrgb;plot(0:length(ext)-1,ext,k.:)hold onwyk=0:0.05:1;for c=1:n, colnr=rem(c-1,6)+1; nr1=round(a(4,c)+1); nr2=round(a(4,c)+1+a(5,c)*a(3,c); if a(3,c)=1.0, if ext(nr1)ext(nr1+1), plot(wyk.*a(5,c)+a(4,c),cos(pi+wyk.*2*pi)*a(1,c)+a(2,c),col(colnr) text(a(4,c),a(2,c)-a(1,c),int2str(c) . Cycle, up,. Color,col(colnr),VerticalAlignment,top) else plot(wyk.*a(5,c)+a(4,c),cos( wyk.*2*pi)*a