基于Lab Windows/CVI的汽車轉(zhuǎn)鼓實驗臺測控系統(tǒng)的設(shè)計

在虛擬儀器中，使用相同的硬件系統(tǒng)，通過不同的軟件編程，就可以實現(xiàn)功能完全不同的測量儀器。對于轉(zhuǎn)鼓實驗臺動力性測試的多功能測試要求，用戶可以根據(jù)各測試功能的需要將具有一種或多功能的通用模塊相結(jié)合, 并且調(diào)用不同功能的軟件模塊, 就能完成不同的測試任務(wù)。轉(zhuǎn)鼓實驗臺測控系統(tǒng)Lab Windows/CVI程序的基本任務(wù)有3個：①通過軟件編程設(shè)計各種測量模塊, 完成各種測量任務(wù)的程序設(shè)計；②通過軟件編程輸出交流電機所需的激磁電流放大信號，控制交流電機的加載；③為各測試功能模塊設(shè)計相應(yīng)的面板, 并按轉(zhuǎn)鼓實驗臺的試驗要求設(shè)計結(jié)果顯示系統(tǒng)。圖2為汽車轉(zhuǎn)鼓實驗臺測控軟件的前面板圖。

圖2 汽車轉(zhuǎn)鼓實驗臺測控軟件前面板

5.1 信號采集模塊

Lab Windows/CVI為大多數(shù)數(shù)據(jù)采集卡、總線等相關(guān)設(shè)備提供了驅(qū)動程序，在使用過程中只要安裝了驅(qū)動程序，就可以調(diào)用相關(guān)的函數(shù)完成對設(shè)備的初始化、配置等操作。對于中泰USB7333數(shù)據(jù)采集卡，由于Lab Windows/CVI提供的儀器驅(qū)動程序無法直接驅(qū)動，故采用直接操作端口地址法，用C語言提供的端口輸入函數(shù)inp ( )、inpw( )和端口輸出函數(shù)outp ( )、outpw( )對系統(tǒng)板端口直接操作，以實現(xiàn)底層I/O驅(qū)動。

5.2 加載阻力計算模塊

加載阻力計算模塊的輸入為滑行實驗獲得的模型系數(shù)、車速、滾筒半徑、整車質(zhì)量以及質(zhì)量換算系數(shù)。此模塊的功能是把速度信號按等距離離散化生成一系列數(shù)列，然后對生成的數(shù)列每相鄰兩點進(jìn)行微分，近似求出該段中點處的導(dǎo)數(shù)，然后輸出各點導(dǎo)數(shù)即為角加速度數(shù)列。得到加速度數(shù)值后，再按上文的加載阻力計算公式以圖形化程序進(jìn)行計算即可得到模擬的加載阻力作為此模塊的輸出。加載阻力計算原理圖如圖3所示。

圖3 加載阻力計算原理圖

5.3 控制信號輸出模塊

由永磁同步電機在兩相坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型可知：在極對數(shù)和反電勢系數(shù)不變的情況下，交流電機的輸出電磁轉(zhuǎn)矩和定子電流的軸分量呈線性關(guān)系。即一定的模擬加載阻力矩對應(yīng)一定大小的模擬勵磁電流。由行駛阻力計算模塊計算出的模擬加載阻力矩為控制量的輸出信號，對這個輸出量進(jìn)行標(biāo)定后，由得到相應(yīng)的模擬勵磁電流。得到的勵磁電流信號將通過指定的數(shù)據(jù)采集卡輸出通道輸出給信號處理及電路轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。

6 結(jié)論

由虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的轉(zhuǎn)鼓實驗臺測控系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和基于Lab Windows/CVI的加載阻力模擬程序構(gòu)成。在普通PC機的硬件平臺上，對虛擬儀器的硬件和軟件進(jìn)行一定的配置后，就可以通過加載設(shè)備對模擬車輛行駛阻力進(jìn)行實時的控制，從而較精確地模擬車輛的行駛狀況。與傳統(tǒng)轉(zhuǎn)鼓實驗臺的測控系統(tǒng)相比，基于虛擬儀器技術(shù)的測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，硬件驅(qū)動均有相應(yīng)的配套軟件給予支持。同時，基于Lab Windows/CVI的程序編程工作量相對較小，便于調(diào)試和修改。通過虛擬儀器構(gòu)成的轉(zhuǎn)鼓實驗臺演示系統(tǒng)也可以借助普通PC機的顯示器進(jìn)行實時顯示，數(shù)據(jù)的存儲和打印，也可以通過Lab Windows/CVI相應(yīng)功能模塊方便地完成。

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