采用虛擬儀表實(shí)現(xiàn)液壓裝置的動(dòng)特性測(cè)試和仿真
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時(shí)間：2012-10-22
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目前大多液壓設(shè)備制造廠(chǎng)仍沿用手工方法對(duì)其生產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)行性能測(cè)試，不僅測(cè)試效率低，誤差大，而且所需儀器較多(如函數(shù)發(fā)生器、示波器、頻率計(jì)、頻譜分析儀等)，將這些儀器組合在一起，占用空間大，互聯(lián)麻煩，價(jià)格也十分昂貴?，F(xiàn)代工業(yè)和技術(shù)對(duì)影響產(chǎn)品精度的動(dòng)態(tài)特性提出愈來(lái)愈高的要求，只有采用計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試(CAT)技術(shù)，才有可能獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)及表征產(chǎn)品性能的有關(guān)信息，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造提供依據(jù)〔1〕。我國(guó)的液壓工業(yè)已有一定的水平，但與日本、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比還有較大的差距，其中測(cè)試水平的低下是造成質(zhì)量上不去的重要原因之一。與傳統(tǒng)測(cè)試手段相比，CAT的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，測(cè)試精度高，可保持測(cè)量的實(shí)時(shí)性，防止人為誤差，提供一套自動(dòng)測(cè)試方案以及可減少儀器設(shè)備量等。
2 虛擬儀表設(shè)計(jì)
(1)虛擬儀表的結(jié)構(gòu)和功能
虛擬儀表的硬件基礎(chǔ)為個(gè)人計(jì)算機(jī)，它采用虛擬儀器技術(shù)(Virtual Instrument)來(lái)開(kāi)發(fā)。如圖1所示，它由PC機(jī)、DAQ插件卡、信號(hào)調(diào)理電路和支持軟件等部分組成〔2〕。虛擬儀表充分利用了PC機(jī)的資源(處理器、存儲(chǔ)器、顯示器等)及插件卡功能(定時(shí)、A／D、D／A變換器、高速緩存、數(shù)字I／O電路等)，通過(guò)支持軟件來(lái)完成數(shù)據(jù)采集、過(guò)程通訊、數(shù)據(jù)分析處理及儀器界面設(shè)計(jì)等功能。此外，信號(hào)調(diào)理電路用于信號(hào)放大、防護(hù)(隔離)、靜態(tài)信號(hào)適配、低通濾波和端子等。由于虛擬儀表建立在PC機(jī)的基礎(chǔ)上，所以它可方便地通過(guò)總線(xiàn)來(lái)掛接各類(lèi)插件卡，從而實(shí)現(xiàn)了多種儀器功能的集成化。如將信號(hào)源、頻率計(jì)、電壓表、數(shù)字存儲(chǔ)示波器及頻譜和信號(hào)分析儀等儀器功能集成在一起，大大節(jié)省了測(cè)試設(shè)備量及降低了成本。虛擬儀表在硬件的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮軟件的關(guān)鍵作用，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試集成化以及采集與控制、組態(tài)與分析、顯示和報(bào)表等處理功能，如表所示。
圖1 虛擬儀表的結(jié)構(gòu)
虛擬儀表的功能一覽表 
虛擬儀表的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)選用美國(guó)NI(NATIONAL INSTRUMENTS)公司推出的LabVIEW圖形編程語(yǔ)言，它配有豐富的數(shù)字信號(hào)處理工具箱，支持DLL和DDE，十分適合CAT用途的虛擬儀表設(shè)計(jì)。LabVIEW語(yǔ)言要用G——編程(Graph programming)方式，即各子功能模塊的表示形式為圖標(biāo)／連接口，各模塊之間通過(guò)連接口彼此聯(lián)結(jié)起來(lái)，互相傳送參數(shù)，從而構(gòu)成一個(gè)更大的模塊并完成特定的任務(wù)。在虛擬儀表的軟件設(shè)計(jì)中，大部分程序直接調(diào)用了LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境中的函數(shù)庫(kù)(即圖標(biāo)／連接口)；有少部分子功能，例如接口卡驅(qū)動(dòng)程序DLLs、傳感器非線(xiàn)性補(bǔ)償、標(biāo)度變換和高階仿真計(jì)算等，則用Borland C++開(kāi)發(fā)工具編寫(xiě)，并生成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DLLs。LabVIEW具有良好的開(kāi)放性，它通過(guò)調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的方式，共亨其它軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)生成的程序代碼和資源〔3〕。
3液壓裝置性能測(cè)試及仿真
(1)系統(tǒng)構(gòu)成
液壓裝置的動(dòng)特性測(cè)試是通過(guò)跟蹤測(cè)量系統(tǒng)(或環(huán)節(jié))的輸入量與輸出量，并分析它們之間的相互關(guān)系，從中提取信息而得出系統(tǒng)的時(shí)域和頻域特性。虛擬儀表用于液壓位置伺服裝置動(dòng)特性測(cè)試的系統(tǒng)框圖如圖2所示。其測(cè)試原理是：虛擬儀表的信號(hào)源發(fā)出一路模擬信號(hào)Usr(方波、正弦波等)作為系統(tǒng)的激勵(lì)輸入，該信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大后送入系統(tǒng)的輸入控制端；虛擬儀表通過(guò)A／D采集器輸入系統(tǒng)的響應(yīng)輸出信號(hào)Uf，而Uf由安裝在現(xiàn)場(chǎng)的激光位移傳感器檢測(cè)得到，Uf經(jīng)信號(hào)調(diào)理(如放大、濾波、隔離和防護(hù)等)之后進(jìn)行A／D變換，然后輸入計(jì)算機(jī)。整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)備量極少，儀器(或裝置) 之間的連接簡(jiǎn)明，大部分測(cè)試功能的實(shí)現(xiàn)由軟件來(lái)承擔(dān)。
評(píng)論