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礦用采掘裝備載荷識(shí)別平臺(tái)設(shè)計(jì)
摘要：動(dòng)態(tài)載荷識(shí)別技術(shù)在重載采掘裝備方面目前處于初始研究階段，由于動(dòng)態(tài)載荷通常無法直接測量或測量比較復(fù)雜，在實(shí)際工程應(yīng)用中還沒有起到作用。
本課題首先需要對(duì)動(dòng)態(tài)載荷識(shí)別技術(shù)有所了解，然后根據(jù)載荷識(shí)別算法構(gòu)建出載荷識(shí)別人機(jī)交互平臺(tái)，輸入為振動(dòng)測試信號(hào)，輸出為辨識(shí)的載荷。最后根據(jù)載荷特點(diǎn)，應(yīng)用雨流計(jì)數(shù)法得到載荷譜，為礦用采掘裝備的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。 了解載荷識(shí)別技術(shù)在礦用裝備中的應(yīng)用。根據(jù)載荷識(shí)別算法采用VB或者其他編程語言搭建載荷識(shí)別人機(jī)交互平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)礦用采掘裝備的載荷辨識(shí)。建立振動(dòng)測試信號(hào)數(shù)據(jù)庫，并與上述人機(jī)交互平臺(tái)界面連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、調(diào)用、顯示及作為輸入輸出的功能。構(gòu)建載荷譜計(jì)算平臺(tái)，對(duì)識(shí)別的載荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)載荷；人機(jī)界面；載荷譜
I
Mining and mining equipment load recognition platform
Abstract: 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 more 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 identification. 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 human-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 display 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 spectrum
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
目錄 III
1 緒論 1
1.1 課題的提出原因 1
1.2 課題的主要內(nèi)容 1
1.3 課題的構(gòu)思 1
1.4 本人所完成的工作量 1
2 載荷識(shí)別平臺(tái)搭建 3
2.1 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)要求 3
2.1.1 軟件界面的人機(jī)交互接口設(shè)計(jì) 3
2.1.2 軟件界面人機(jī)交互的輸入輸出設(shè)計(jì) 3
2.1.3 一致性原則 3
2.1.4 窗口設(shè)計(jì) 3
2.1.5 界面效果 4
2.1.6 反饋信息 4
2.1.7 容錯(cuò)手段 4
2.2 人機(jī)界面 5
3 建立振動(dòng)測試信號(hào)數(shù)據(jù)庫 6
3.1 系統(tǒng)組成 6
3.2 采集數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)方案 6
3.3 軟件設(shè)計(jì) 6
3.3.1 數(shù)字型數(shù)組轉(zhuǎn)化為字符串模塊 6
3.3.2 應(yīng)用LabSQL訪問數(shù)據(jù)庫 7
3.4 通過txt導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫 7
III
3.5 數(shù)據(jù)庫建立的要求 7
3.6 數(shù)據(jù)采集程序 7
4 構(gòu)建載荷譜計(jì)算平臺(tái) 9
4.1 編寫雨流計(jì)數(shù)法方法 9
4.1.1 雨流計(jì)數(shù)法簡介 9
4.1.2 程序設(shè)計(jì)流程 10
4.1.3 在程序中的具體實(shí)現(xiàn) 10
4.1.4 結(jié)論 13
5 結(jié)論 15
附錄A 16
人機(jī)交互程序 16
運(yùn)行結(jié)果 19
附錄B 20
雨流計(jì)數(shù)法1 20
雨流計(jì)數(shù)法2 23
運(yùn)行結(jié)果 25
參考文獻(xiàn) 31
致謝 32
IV
1 緒論
1.1 課題的提出原因
動(dòng)態(tài)載荷識(shí)別技術(shù)在重載采掘裝備方面目前處于初始研究階段，由于動(dòng)態(tài)載荷通常無法直接測量或測量比較復(fù)雜，在實(shí)際工程應(yīng)用中還沒有起到作用[1]。
本課題首先需要對(duì)動(dòng)態(tài)載荷識(shí)別技術(shù)有所了解，然后根據(jù)載荷識(shí)別算法構(gòu)建出載荷識(shí)別人機(jī)交互平臺(tái)，輸入為振動(dòng)測試信號(hào)，輸出為辨識(shí)的載荷。[2]最后根據(jù)載荷特點(diǎn)，應(yīng)用雨流計(jì)數(shù)法得到載荷譜，為礦用采掘裝備的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)[3]。
1.2 課題的主要內(nèi)容
（1）了解載荷識(shí)別技術(shù)在礦用裝備中的應(yīng)用。
（2）根據(jù)載荷識(shí)別算法采用VB或者其他編程語言搭建載荷識(shí)別人機(jī)交互平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)礦用采掘裝備的載荷辨識(shí)。
（3）建立振動(dòng)測試信號(hào)數(shù)據(jù)庫，并與上述人機(jī)交互平臺(tái)界面連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、調(diào)用、顯示及作為輸入輸出的功能[4]。
（4）構(gòu)建載荷譜計(jì)算平臺(tái)，對(duì)識(shí)別的載荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[5]。
1.3 課題的構(gòu)思
（1） 先查閱網(wǎng)上資料
（2） 收集資料
（3） 整理資料
（4） 下載matlab，vc等軟件
（5） 學(xué)習(xí)matlab，vc等軟件
（6） 學(xué)習(xí)window編程
（7) 學(xué)習(xí)matlab gui
（8） 編制人機(jī)界面程序
（9） 學(xué)習(xí)雨流計(jì)數(shù)法
（10）編制雨流計(jì)數(shù)法
1.4 本人所完成的工作量
（1） 載荷識(shí)別平臺(tái)搭建。
（2） 數(shù)據(jù)庫與平臺(tái)的連接。
（3） 載荷譜計(jì)算程序編制。
（4） 外文資料翻譯一篇。
（5） 設(shè)計(jì)說明書一份。
2
2 載荷識(shí)別平臺(tái)搭建
2.1 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)要求
2.1.1 軟件界面的人機(jī)交互接口設(shè)計(jì)
軟件與用戶的人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)最初要從人機(jī)交互用戶接口入手。用戶接口的形式通常取決于軟件所要針對(duì)的用戶類型。不同類型的用戶對(duì)軟件系統(tǒng)的形式有不同的習(xí)慣和要求。使用者類型定位和區(qū)分很重要，它直接影響軟件的使用，最終的成功或失敗的形式。人機(jī)交互：用戶界面的下拉菜單菜單，彈出快速菜單和工具欄，菜單，圖標(biāo)菜單是一個(gè)非常直觀的用戶界面的形式，易于理解和識(shí)別的功能的圖標(biāo)應(yīng)該盡可能根據(jù)公認(rèn)的功能表示。如：采用類似于Office軟件系列中的圖標(biāo)來表示相似的功能。
2.1.2 軟件界面人機(jī)交互的輸入輸出設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)人機(jī)界面是用戶和軟件系統(tǒng)的人機(jī)交互輸入層，全面和成功的，友好的人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)中的人機(jī)交互，也必須在統(tǒng)一的輸入和輸出接口的綜合分析，從人機(jī)工程學(xué)的角度來分析了軟件系統(tǒng)的用戶提供了一個(gè)真正的問題，在規(guī)劃，評(píng)估一些常見的容易犯的錯(cuò)誤。例如，如果使用大量的術(shù)語或縮寫，不了解用戶的需求和用戶的不確定的操作，解決問題有相互矛盾的地方，設(shè)計(jì)風(fēng)格。
2.1.3 一致性原則
一致性的人機(jī)交互界面，主要體現(xiàn)在投入產(chǎn)出效果的交互式輸入輸出系統(tǒng)內(nèi)的一致性是在軟件的具體布局，外觀相似，類似的人機(jī)交互界面，以及類似的信息顯示格式。擴(kuò)大教育也可以在一個(gè)平臺(tái)上的一致性在軟件應(yīng)用程序之間的一致性，例如在Macintosh平臺(tái)下運(yùn)行的軟件界面設(shè)計(jì)，保持高度的一致性，用戶不會(huì)花太多時(shí)間，你可以在軟件中快速學(xué)習(xí)其它軟件的原理。顯然，連貫原則是有用的用戶熟悉的軟件復(fù)用與軟件過程和記憶的缺陷。
2.1.4 窗口設(shè)計(jì)
屏窗口在屏幕上的設(shè)計(jì)是人機(jī)界面設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面是在屏幕上顯示的區(qū)域布局，設(shè)計(jì)，信息的重要性和明晰的科學(xué)安排，使窗口新鮮和大氣。一般，眼睛容易疲勞或不很容易被忽視，往往是區(qū)域提供了重要信息，幫助信息或通常在屏幕的底部。在窗口的空間，應(yīng)該有一個(gè)明確的，準(zhǔn)確的安排，布局，個(gè)別地方還應(yīng)插入一個(gè)空的空間，在特定的元素。好的窗口設(shè)計(jì)復(fù)雜的軟件系統(tǒng)大氣，看起來簡單，意義和強(qiáng)度的知覺，視覺清晰。
2.1.5 界面效果
人機(jī)接口、結(jié)果的具體表現(xiàn)。單調(diào)的黑白文本容易讓用戶快速疲勞，顏色，圖像和其他媒體的光接口可以感染更多且有更多的視覺疲勞；圖形、圖像信息量大的優(yōu)勢。因此，多媒體表示，某些隱喻或操作設(shè)備的用戶和其直接和可見的、逼真的印象，提高軟件系統(tǒng)的可理解性和易記憶的每個(gè)用戶圖形，顏色隱喻，愛的味道非常不同的媒體，媒體錯(cuò)誤的顏色，或能引起強(qiáng)烈的情感起伏，也可能使多媒體起相反的效果，因此，不能濫用。一般的用戶，最好用一個(gè)比較溫和的一些媒體，如：色彩柔和，更中立。有時(shí)個(gè)別的顏色來顯示重要的信息，以吸引顧客注意力的重要區(qū)域?？傊嗝襟w應(yīng)用，可提高傳染性，一個(gè)理想的疲勞，界面效果。但也不認(rèn)為這是普便的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，在不同的媒體應(yīng)主要基于文本的效果。因?yàn)橹挥形淖植拍芎啙?，清晰和?zhǔn)確的給用戶傳遞信息......
2.1.6 反饋信息
人機(jī)交互反饋意味著用戶在人機(jī)交互過程中，用戶對(duì)軟件系統(tǒng)的信息反饋。對(duì)軟件的用戶交互響應(yīng)的評(píng)估之前，用戶可以操作，因此人機(jī)界面設(shè)計(jì)從用戶的反饋，如長時(shí)間的過程，你應(yīng)該告知用戶必須等待輸入數(shù)據(jù)，則應(yīng)告知用戶數(shù)據(jù)是否正確的一個(gè)操作，那么應(yīng)該通知用戶是否操作完成。默認(rèn)的在某些領(lǐng)域，應(yīng)盡量直接指定。用戶輸入相應(yīng)的信息，有無錯(cuò)誤。如果有錯(cuò)誤，用戶無法校正，使系統(tǒng)無法繼續(xù)運(yùn)行。為此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該首先確認(rèn)軟件系統(tǒng)的輸出內(nèi)容，確定物理的輸出需求，設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和測試輸出效果，觀察和聆聽用戶的意見，并迭代式地對(duì)輸出的反饋界面進(jìn)行反復(fù)修改。
2.1.7 容錯(cuò)手段
在互動(dòng)過程中的誤差是很難避免的，軟件系統(tǒng)應(yīng)該能夠有一個(gè)功能，和一個(gè)相應(yīng)的錯(cuò)誤提示或錯(cuò)誤處理，包括誤差修正錯(cuò)誤的信息和建議。如果軟件系統(tǒng)提供保護(hù)，防止錯(cuò)誤的功能和恢復(fù)功能等，是理想的容錯(cuò)方法，以防止用戶軟件系統(tǒng)的錯(cuò)誤，造成了嚴(yán)重的破壞或丟失重要信息。在不容易理解位置加上幫助功能，支持用戶快速理解軟件系統(tǒng)對(duì)于非熟練用戶，在線聯(lián)機(jī)常常是一個(gè)巨大的作用。如果不能有效地幫助用戶發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的輸入，將使軟件系統(tǒng)的后續(xù)運(yùn)行變得毫無意義。軟件系統(tǒng)輸入的方法有多種: 鍵盤、鼠標(biāo)、觸摸屏、話筒、掃描儀等。不同的輸入方法，提供容錯(cuò)的一個(gè)挑戰(zhàn)。在這過程中，我們需要的信息盡可能的簡單，以減少誤差的頻率。例如，減少輸入數(shù)據(jù)。
2.2 人機(jī)界面
人機(jī)界面模塊是載荷測試系統(tǒng)的外在風(fēng)格顯示，主要包括程序啟動(dòng)和登錄界面，上述模塊的正確鏈接，并能夠給出錯(cuò)誤提示。
3 建立振動(dòng)測試信號(hào)數(shù)據(jù)庫
3.1 系統(tǒng)組成
數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、應(yīng)用程序系統(tǒng)、用戶組成的，具體包括：數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員、硬件平臺(tái)、軟件平臺(tái)、應(yīng)用軟件、應(yīng)用界面。 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)的7個(gè)部分以一定的邏輯層次結(jié)構(gòu)方式組成一個(gè)有機(jī)的整體，它們的結(jié)構(gòu)關(guān)系是：應(yīng)用系統(tǒng)、應(yīng)用開發(fā)工具軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、硬件。例如，以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)的財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)、人事管理系統(tǒng)、圖書管理系統(tǒng)等等。無論是面向內(nèi)部業(yè)務(wù)和管理的管理信息系統(tǒng)，還是面向外部，提供信息服務(wù)的開放式信息系統(tǒng)，從實(shí)現(xiàn)技術(shù)角度而言，都是以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)和核心的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)[6]。
3.2 采集數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)方案
所收集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)測試系統(tǒng)在一個(gè)SQL數(shù)據(jù)庫的ADO（activexdataobject）、txt文本或ADO.NET連接數(shù)據(jù)庫。ADO是最廣泛使用的技術(shù)，因?yàn)閃indows操作系統(tǒng)已經(jīng)包含了ADO和ODBC可訪問支持ADO和ODBC數(shù)據(jù)庫，例如，在這將使用到SQL、Foxpro、MicrosoftAccess等[7][8]。
ADO是Microsoft的開放提供了一個(gè)數(shù)據(jù)庫的訪問。ADO是通過編程模型實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的操作。編程模型是訪問和更新數(shù)據(jù)源所必需的操作順序,它概況了ADO的全部功能。數(shù)據(jù)連接（ODBC opendatabaseconnectivity，）是微軟公司開放服務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)庫架構(gòu)的一部分，提供對(duì)SQL ODBC支持工程師直接將SQL語句的數(shù)據(jù)庫與應(yīng)用程序之間的一個(gè)公共接口，應(yīng)用程序通過訪問ODBC數(shù)據(jù)庫，不直接與數(shù)據(jù)庫的通信[ 9 ]。
3.3 軟件設(shè)計(jì)
軟件部分是上述方案的具體實(shí)施，首先要對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫的查詢。
3.3.1 數(shù)字型數(shù)組轉(zhuǎn)化為字符串模塊
計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)收集的數(shù)據(jù)是在SQL語句的字符串插入，因此，需要首先通過convertfromdynamicdata.vi波形轉(zhuǎn)換成字符形式，框圖程序如圖1所示。
這里用“數(shù)字型數(shù)組”代表波形數(shù)據(jù)經(jīng)ConvertfromDynamicData.vi轉(zhuǎn)換后的數(shù)組 。
圖1?數(shù)字型數(shù)組轉(zhuǎn)化為字符串模塊
由于多通道采集，圖1中的程序?qū)⒈欢啻握{(diào)用VI模塊形式。
3.3.2 應(yīng)用LabSQL訪問數(shù)據(jù)庫
Access數(shù)據(jù)庫的基于LabVIEW的數(shù)據(jù)庫的ADO技術(shù)實(shí)現(xiàn)分組，完全是一個(gè)自由和開放源碼的數(shù)據(jù)庫工具，其中包括幾個(gè)VI集。應(yīng)用LabSQL將采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫,過程如下:
(1) 首先通過ADOConnnectionCreate.vi與ADO建立連接;
(2) 然后通過ADOConnectionOpen.vi打開一個(gè)數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)連接字符串的決定。
(3) 打開數(shù)據(jù)源后,通過SQLExecutive.vi執(zhí)行SQL語句;
(4) 對(duì)數(shù)據(jù)庫操作已完成最后的ADOCon2nectionClose.vi關(guān)閉Connection。
3.4 通過txt導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫
（1） 先用FileInputStream或FileReader將txt文本中的內(nèi)容讀出來。
（2） 再將這些內(nèi)容放到一個(gè)字符串中。
（3） 打開數(shù)據(jù)庫，用普通字段或Blob字段將字符串寫進(jìn)數(shù)據(jù)庫。
3.5 數(shù)據(jù)庫建立的要求
利用測試系統(tǒng)測試工程越來越測試復(fù)雜，工程測試系統(tǒng)的要求越來越高，不僅具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析處理能力，還需要龐大的數(shù)據(jù)管理能力，在試驗(yàn)測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，成為不可缺少的一部分。
3.6 數(shù)據(jù)采集程序
數(shù)據(jù)采集程序主要是和ADAM551.以及NI6023E通信正常后，根據(jù)采集模塊的要求來實(shí)現(xiàn)具體采集功能的程序[10]。
由于采集了大量的數(shù)據(jù)，需要一個(gè)數(shù)據(jù)庫來管理這些數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫管理和MATLAB的接口程序，數(shù)據(jù)庫提出了要求，特別是滿足以下功能模塊：
（1） 提供SQLserver2000和matlab鏈接的接口功能；
（2） 能夠在形成俘獲矩陣人工判斷數(shù)據(jù)足夠后，matlab程序可以和數(shù)據(jù)庫程序正常鏈接，能夠自動(dòng)把采集到的程序加入到數(shù)據(jù)庫中區(qū)；
（3） 可以正常查詢數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建，訪問，刪除。
4 構(gòu)建載荷譜計(jì)算平臺(tái)
4.1 編寫雨流計(jì)數(shù)法方法
4.1.1 雨流計(jì)數(shù)法簡介
雨流計(jì)數(shù)法又可稱為“塔頂法”,是由英國的M a t2su isk i 和 E ndo 兩位工程師提出的, 距今已有 50 多年。雨流計(jì)數(shù)的主要技術(shù)界，尤其是廣泛用于計(jì)算疲勞壽命[11]。
特別是在50年前的手工計(jì)算，人工計(jì)算的只是一些相對(duì)簡單的（數(shù)據(jù)量不大）數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)手冊(cè)，更多的問題不太容易。隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，這些瑣碎的速度加快，從而簡化計(jì)算[12]。
該方法的突出特點(diǎn)是根據(jù)研究的應(yīng)變之間的線性關(guān)系的時(shí)間計(jì)數(shù)的樣本，即通過雨流計(jì)數(shù)法的一系列運(yùn)輸記錄[13]。
雨流計(jì)數(shù)法有下列規(guī)則：
1） 雨水流入的出發(fā)點(diǎn)和檢驗(yàn)記錄在每個(gè)內(nèi)部邊緣最大，1，2，3，……其他的頂部開始。
圖 1 雨流計(jì)數(shù)法
2） 流量峰值（即頂板垂直向下滴流直接對(duì)面有一個(gè)在啟動(dòng)時(shí)的最大值或最小值（或最大值）更正的負(fù)面迄今最?。14]。
3） 當(dāng)雨水遇見屋頂上流動(dòng)的雨時(shí),當(dāng)雨停止流動(dòng)，形成一個(gè)循環(huán)。
4） 根據(jù)雨滴流動(dòng)的起點(diǎn)和終點(diǎn)，畫出各個(gè)循環(huán)，將所有循環(huán)逐一取出，并記錄其峰谷值[15]。
5） 雨水流入每個(gè)水平周期長度的振幅[16]。
通過雨流計(jì)數(shù)，特別是峰谷值檢測和無效幅值去除后負(fù)荷周期的離散形式的數(shù)據(jù)在我們的電腦上完成每一步都需要編寫程序[17]。
上述過程可用程序來實(shí)現(xiàn)其流程圖
圖2 流程圖
4.1.2 程序設(shè)計(jì)流程
該程序設(shè)計(jì)方案分為人機(jī)界面的顯示、載荷譜的輸入、載荷譜的輸出，雨流計(jì)數(shù)編寫幾個(gè)模塊來實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)的主要編制流程。
圖3程序流程
4.1.3 在程序中的具體實(shí)現(xiàn)
雨流計(jì)數(shù)方法的實(shí)現(xiàn)方案，數(shù)據(jù)壓縮和獲得循環(huán)數(shù)兩個(gè)步驟。
數(shù)據(jù)壓縮是容易計(jì)數(shù)循環(huán)數(shù)據(jù)陣列包括峰谷值檢測和無效幅值去除。
1） 數(shù)據(jù)壓縮的峰、谷值是數(shù)據(jù)內(nèi)容，包括峰谷值是為下一步數(shù)據(jù)處理陣列。在這個(gè)過程中，首先應(yīng)壓縮相鄰的同等數(shù)（保留一個(gè)值，然后繼續(xù)），提取峰谷值和在一個(gè)陣列E（n），一個(gè)數(shù)組F（n），i和j兩個(gè)數(shù)組的元素。在同等數(shù)值的按鈕（如圖2），相鄰的菱形框架條件之前和之后的判斷是否是不相同的兩個(gè)元素，如果這些數(shù)量是真正的值則保留，否則另一個(gè)數(shù)字決定，直到最后一個(gè)數(shù)字，這個(gè)數(shù)字。在峰谷值檢測（見圖3），判斷條件是不相鄰的數(shù)字大于零（即是否同號(hào)），如果真值表示E（i）兩側(cè)同時(shí)更多（或更少），而數(shù)E（i）是高峰和低谷；否則繼續(xù)。
圖 4 壓縮等值點(diǎn)
2） 無效幅值去除就是將幅值很小的點(diǎn)去除。因?yàn)樵诤芏嗟钠趬勖校@些小振幅振幅循環(huán)的物理模型刪除無效數(shù)據(jù)，可以有很多的類型和研究后循環(huán)小波的選擇。這里取用變程閥值公式:變程閥值= (最大值- 最小值) *△%
圖 5 檢測峰谷值
閾值是小的周期陣列的壓縮過濾器是可以忽略的, $ 是閥值的精度, 根據(jù)給定的精度，確定類型和數(shù)組處理的精度。
無效幅值去除在程序?qū)崿F(xiàn)時(shí)，只需要一個(gè)判斷。當(dāng)我反復(fù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在評(píng)估（例如，一個(gè)循環(huán)結(jié)束的雨流）是最合適的。
循環(huán)的數(shù)目通常是雨流計(jì)數(shù)，在對(duì)接和第二雨流計(jì)數(shù)的不同波形的三個(gè)步驟，根據(jù)不同的情況來決定, 例如: 高均值偏態(tài)波形只要一次雨流計(jì)數(shù)便可以完成。
1) 一次雨流計(jì)數(shù)是從壓縮數(shù)據(jù)中提取的記錄周期，特征值，如最大振幅，等。我用雨流計(jì)數(shù)，以個(gè)人的理解總總結(jié)的一些規(guī)律，為“四點(diǎn)法”的程序，并且實(shí)現(xiàn)起來也較容易。如圖 4 所示, 在數(shù)組中有許多形式但也只有這兩種, 如果a大于或等于b，b < c（圖像可以在一個(gè)周期的三角部分）， 同時(shí)去除 E [ i ] 和 E [ i- 1 ] 兩點(diǎn), 否則記錄E[ i ]在判斷這一點(diǎn)。這該陣列可以被刪除，所有的循環(huán)和反復(fù)記錄的判斷點(diǎn)。適用于不同情況下，在四個(gè)方面， 以確保準(zhǔn)確的周期，使可靠性大大增加。見圖 5 具體實(shí)施循環(huán)圖。圖5中, 圖C = 0和C = B的開始，這是一個(gè)小的優(yōu)化，“四點(diǎn)法”實(shí)際上只用了三個(gè)點(diǎn)，使一個(gè)計(jì)算的序列u（i - 1），e（i）作為這次?e（i - 1））e（i 2）序列；周期S1，不論他們是在圖5中的一個(gè)標(biāo)志，S1，以確定是否一個(gè)零，如果是零，則完成一次雨流計(jì)數(shù)循環(huán)，否則繼續(xù)執(zhí)行流程。s 是記錄雨流計(jì)數(shù)提取循環(huán)的總個(gè)數(shù)。
圖 6 循環(huán)的判斷
圖 7 提取循環(huán)流程圖
2） 對(duì)接（也稱為波形關(guān)閉）是循環(huán)計(jì)數(shù)分配必要的方法，主要是對(duì)選擇的波形進(jìn)行簡化。
一次雨流計(jì)數(shù)的其余各點(diǎn)的波形是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的收斂-發(fā)散, 雨流計(jì)數(shù)后通常不再形成整個(gè)周期中，只有最大或最?。榻?cái)帱c(diǎn)重新對(duì)接，可能不會(huì)正好封閉, 根據(jù)不同的波完成。一類高平均曲率波, 可以根據(jù)研究的特點(diǎn)和目標(biāo)，加上之前和之后的數(shù)組的值, 例如：研究礦用設(shè)備，加載后的載荷譜時(shí), 可在前后加一個(gè)零點(diǎn); 另一種對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)發(fā)散2收斂發(fā)散谷, 取其中的最大和最小值, 其余兩點(diǎn)去掉, 這樣出現(xiàn)的誤差與實(shí)際相差特別小。在實(shí)現(xiàn)的過程中, 只有一個(gè)選擇是用在這里, 是加一零點(diǎn)還是取得最值, 然后重新整理一下數(shù)組了。對(duì)接在程序里實(shí)現(xiàn)就是將數(shù)組從截開的地方分為兩部分, 將兩部分被交換之前和之后。
3） 二次雨流計(jì)數(shù)是將已經(jīng)完成的對(duì)接的波形繼續(xù)提取循環(huán)，直到只有三個(gè)點(diǎn)(即從目前的值是一個(gè)數(shù)組的整個(gè)循環(huán))。程序中實(shí)現(xiàn)也很簡單, 只需連接到一個(gè)數(shù)組中的雨流計(jì)數(shù)。
4.1.4 結(jié)論
1） 根據(jù)該方法，程序簡單明了, 并且確保了程序的可靠性。
2） 可以用各種語言來編程，實(shí)現(xiàn)起來都很簡單。在具體的應(yīng)用中根據(jù)需要取用各個(gè)步驟。
5 結(jié)論
由于動(dòng)態(tài)載荷通常無法直接測量或測量比較復(fù)雜，通過對(duì)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)和對(duì)機(jī)械零件的隨機(jī)載荷進(jìn)行了研究，分析了雨流計(jì)數(shù)法這一統(tǒng)計(jì)方法，編制了人機(jī)交互程序和雨流計(jì)數(shù)法程序，最后應(yīng)用matlab gui編制了人機(jī)交互界面和計(jì)算機(jī)自動(dòng)繪制載荷譜，
這樣可以通過對(duì)動(dòng)態(tài)載荷測量，為礦用采掘裝備的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。
附 錄A
人機(jī)交互程序
function varargout = untitled(varargin)
% UNTITLED M-file for untitled.fig
% UNTITLED, by itself, creates a new UNTITLED or raises the existing
% singleton*.
%
% H = UNTITLED returns the handle to a new UNTITLED or the handle to
% the existing singleton*.
%
% UNTITLED('CALLBACK',hObject,eventData,handles,...) calls the local
% function named CALLBACK in UNTITLED.M with the given input arguments.
%
% UNTITLED('Property','Value',...) creates a new UNTITLED or raises the
% existing singleton*. Starting from the left, property value pairs are
% applied to the GUI before untitled_OpeningFunction gets called. An
% unrecognized property name or invalid value makes property application
% stop. All inputs are passed to untitled_OpeningFcn via varargin.
%
% *See GUI Options on GUIDE's Tools menu. Choose "GUI allows only one
% instance to run (singleton)".
%
% See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES
% Copyright 2002-2003 The MathWorks, Inc.
% Edit the above text to modify the response to help untitled
% Last Modified by GUIDE v2.5 19-May-2016 20:52:47
% Begin initialization code - DO NOT EDIT
gui_Singleton = 1;
gui_State = struct('gui_Name', mfilename, ...
'gui_Singleton', gui_Singleton, ...
'gui_OpeningFcn', @untitled_OpeningFcn, ...
'gui_OutputFcn', @untitled_OutputFcn, ...
'gui_LayoutFcn', [] , ...
'gui_Callback', []);
if nargin && ischar(varargin{1})
gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1});
end
if nargout
[varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});
else
gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});
end
% End initialization code - DO NOT EDIT
% --- Executes just before untitled is made visible.
function untitled_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)
% This function has no output args, see OutputFcn.
% hObject handle to figure
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% varargin command line arguments to untitled (see VARARGIN)
% Choose default command line output for untitled
handles.output = hObject;
% Update handles structure
guidata(hObject, handles);
% UIWAIT makes untitled wait for user response (see UIRESUME)
% uiwait(handles.figure1);
% --- Outputs from this function are returned to the command line.
function varargout = untitled_OutputFcn(hObject, eventdata, handles)
% varargout cell array for returning output args (see VARARGOUT);
% hObject handle to figure
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% Get default command line output from handles structure
varargout{1} = handles.output;
% --- Executes on button press in pushbutton1.
function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to pushbutton1 (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% --- Executes on button press in pushbutton2.
function pushbutton2_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to pushbutton2 (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
運(yùn)行結(jié)果
圖1運(yùn)行結(jié)果
附 錄B
雨流計(jì)數(shù)法1
function rfdemo1(ext)
% function rfdemo1(ext)
%
% RFDEMO1 shows cycles extracted from signal
% using rainflow algoritm.
%
% INPUT: ext - option, number or vectors with turning
% points or pure signal. Default ext=16.
%
% OUTPUT: no enable.
%
% SYNTAX:
% >>rfdemo1
% >>rfdemo1(10)
% >>rfdemo1([2 3 2 4 2 5 1 6])
%
%
% By Adam Nies硂ny
% ajn@po.opole.pl
error(nargchk(0,2,nargin))
if nargin==0,
% turning 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);
end
a=rainflow(ext,1);
[m n]=size(a);
if n>100,
button = questdlg(['Rainflow found ' num2str(sum(a(3,:))) ' cycles! Do you want to continue?'],...
'Continue Operation','Yes','No','No');
if strcmp(button,'No')
error('Function aborted by user.')
end
end
col='ymcrgb';
plot(0:length(ext)-1,ext,'k.:')
hold on
wyk=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(nr2),
plot(wyk.*a(5,c)*0.5+a(4,c),cos( wyk.*pi)*a(1,c)+a(2,c),col(colnr))
text(a(4,c),a(2,c)+a(1,c),[int2str(c) '. Half-cycle, down'],...
'Color',col(colnr),'VerticalAlignment','bottom')
else
plot(wyk.*a(5,c)*0.5+a(4,c),cos(pi+wyk.*pi)*a(1,c)+a(2,c),col(colnr))
text(a(4,c),a(2,c)-a(1,c),[int2str(c) '. Half-cycle, up'],...
'Color',col(colnr),'VerticalAlignment','top')
end
end
end
xlabel('peaks, counted from 0')
ylabel('value')
title('Rainflow cycles extracted from signal')
legend('peaks from signal',0)
hold off
disp('Row 1: amplitude')
disp('Row 2: mean')
disp('Row 3: number of cycles (cycle or half cycle)')
disp('Row 4: begin time of extracted cycle or half cycle')
disp('Row 5: period of a cycle')
disp(a)
雨流計(jì)數(shù)法2
function rfdemo2(ext)
% function rfdemo2(ext)
%
% RFDEMO1 shows cycles extracted from signal
% using rainflow algoritm. Good for very long
% time signals (100 000 points).
%
% INPUT: ext - option; number, vector with turning
% points or pure signal. Default ext=10000.
%
% OUTPUT: no enable.
%
% SYNTAX:
% >>rfdemo2
% >>rfdemo2(50000)
% >>rfdemo2(my_time_signal)
% By Adam Nies硂ny
% ajn@po.opole.pl
error(nargchk(0,1,nargin))
if nargin==0,
% turning points from 10000 random numbers
ext=sig2ext(randn(10000,1));
elseif length(ext(:))==1,
% turning points from n random numbers
ext=sig2ext(randn(1,ext));
else
% turning points from vector ext
ext=sig2ext(ext);
end
ext=sig2ext(ext);
rf=rainflow(ext);
figure, rfhist(rf,30,'ampl')
figure, rfhist(rf,30,'mean')
figure, rfmatrix(rf,30,30)
運(yùn)行結(jié)果
圖 1 運(yùn)行結(jié)果1
圖 2 運(yùn)行結(jié)果2
圖 3 運(yùn)行結(jié)果3
圖4運(yùn)行結(jié)果4
圖 5 運(yùn)行結(jié)果5
圖 6 運(yùn)行結(jié)果6
參 考 文 獻(xiàn)
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度,?2008.
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致 謝
32