基于虚拟仪器的节能高效型振动时效控制系统

本项目所属领域为自动控制技术，具体涉及自动化仪器仪表与装置。

项目研究从振动消除残余应力的机理出发，通过理论研究，确立了合理的振动时效工艺方法。结合机械制造、材料工程、计算机控制、通讯及虚拟仪器等技术，成功研发了单点、多点振动时效控制系统系列产品。

项目成果包括： - 申请国家实用新型专利和发明专利各1项； - 经科技成果鉴定，达到国际先进水平。

主要技术内容如下：

1. 遵循节能、高效、智能的设计原则，设计振动时效处理的作业流程；
2. 开发振动时效电源控制器，扩展振动时效装置的工作模式；
3. 研发基于虚拟仪器的节能高效型振动时效控制系统，实现单点或多点振动时效工艺的智能控制；
4. 采用PCI-6014数据采集卡，实现多通道信号采集和多路驱动脉冲触发；
5. 系统功能完善，可同时调节激振器的频率和激振力大小，实现高效节能的振动时效作业。

与国内外同类研究、技术相比，本项目具有以下创新点：

1. 重新设计时效处理的作业流程，提高系统智能化程度；
2. 采用虚拟仪器技术，实现完善的功能和先进的设计理念；
3. 根据工件大小、形状和尺寸，进行单点/多点振动时效处理，提高能源利用效率；
4. 使用稀土大磁致伸缩材料激振器，实现构件内部残余应力的迅速消除和均化；
5. 实现多通道加速度信号的同步采集和多路高精度可控电压信号的同步输出。

本项目研制的振动时效控制系统，在提高效率、节约能源、降低事故发生率、符合环保要求等方面具有显著优势，为机械制造企业带来良好的经济和社会效益。

项目组与甘肃天星稀土功能材料有限公司合作，已取得较好的经济效益，产品销往国内外及台湾等多个国家和地区。目前，合作公司正进一步拓展产品在国内市场的推广和应用范围。

本项目所属领域为自动控制技术领域中的自动化仪器仪表与装置。

项目从振动消除残余应力的机理出发，通过理论研究，确定合理的振动时效工艺方法，运用机械制造、材料工程、计算机控制、通讯及虚拟仪器等技术，完成单点、多点振动时效控制系统系列产品的研发。

申请国家实用新型专利和发明专利各1项，并经科技成果鉴定，达到国际先进水平。

其主要技术内容为：

1、遵循节能、高效、智能的设计原则，依据基本的控制要求，设计振动时效处理的作业流程;

2、利用单片机系统开发了振动时效电源控制器，扩展振动时效装置的工作模式，为后续基于虚拟仪器技术的产品升级做了必要的前期积累;

3、开发振动时效控制装置的升级产品--基于虚拟仪器的节能高效型振动时效控制系统，实现了单点或多点振动时效工艺的智能控制;

4、采用PCI-6014数据采集卡完成多通道信号采集和多路驱动脉冲触发，实现扫频和时效处理数据的实时采集与显示;

5、系统功能完善，能够实现单个或多个激振器同时振动、且频率和激振力大小均可调的振动时效作业，具有高效节能的特点。

本项目研制的振动时效控制系统，与国内外同类研究、技术相比，在设计思想、技术平台及具体实现等方面都有其优点，并经科技成果鉴定达到国际先进水平主要创新点如下：

1、遵循节能、高效、智能的设计原则，依据基本的控制要求对时效处理的作业流程重新设计，提高了系统的智能化程程度，系统可自动完成振前扫频、时效处理、振后扫频等阶段时效处理过程。所属学科：自动控制仪器仪表与装置。

2、系统采用虚拟仪器技术，充分发挥图形化编程语言LabVIEW的优势，采用面向数据流的结构化设计思路，与传统的振动时效控制系统相比，具有完善的功能和较为先进的设计理念。克服了传统振动时效单纯采用硬件电路、上位监控机等方式作为控制系统所存在的问题，系统具有友好的人机交互界面、智能的控制算法以及多种可选择的作业模式，方便用户操作与使用。所属学科：计算机过程控制设计。

3、本项目研发的基于虚拟仪器的节能高效型振动时效控制系统可以根据工件大小、形状和尺寸，进行单点/多点振动时效处理，克服了传统振动时效对工件不均匀时效处理的缺陷，从而达到了节约能源、提高效率的目的。所属学科：机电一体化技术。

4、本装置使用了稀土大磁致伸缩材料激振器，通过对激振器施加脉冲电流，产生脉冲磁场，磁致伸缩材料产生伸缩振动，使得构件内部残余应力迅速得以消除和均化，具有技术先进、换能效率高、振动频率范围大、噪声小、工作可靠等特点。

5、分别利用数据采集卡的硬件时钟和软件定时与LabVIEW中的DAQ-MX实现扫频脉冲和控制脉冲的发生;系统可实现多通道加速度信号的同步采集，以及多路高精度可控电压信号的同步输出，具有较高的实时性和激振力控制精度。本项目研制开发的振动时效控制系统，改变了传统振动时效装置效率低、耗能高且只能进行单点时效处理的缺陷，实现了基于智能控制的单点、多点可选的振动时效处理工艺过程，既节约了能源，又能提高效率。同时，也降低了相关企业事故发生率、符合环保要求，给机械制造企业带来良好的经济和社会效益，对生产实际中普及振动时效的应用具有重要的推动作用。

项目组与甘肃天星稀土功能材料有限公司合作，对本项目所研发的节能高效型振动时效控制系统进行推广应用，已经取得了较好的经济效益，该系统已经销往国内外及台湾等多个国家和地区，销售及使用情况良好。

目前合作公司正进一步与西北、华北等地的石化和机械制造企业等达成推广应用意向，拓展产品在国内市场推广和应用范围。