基于NI LabVIEW 7.1和NI-DAQmx的F1賽車(chē)彎角器和剎

應用領(lǐng)域：

汽車(chē)

挑戰：

打造一種全新的可以適應一級方程式賽車(chē)的高速度和加速度水平的測力計并且在實(shí)際的車(chē)輪和懸掛的組裝中完成這些測試。

應用方案：

新的系統將基于一臺工業(yè)用奔騰4 HT 3.2g赫茲，內存達到1GB的計算機， 使用的是NI數據采集和控制卡，軟件的編譯都是通過(guò)在LabVIEW圖形化編程環(huán)境中來(lái)實(shí)現。

使用的產(chǎn)品：

數據采集(DAQ)，動(dòng)態(tài)控制，PXI/CompactPCI

30多年來(lái)，AP Racing在制動(dòng)鉗和賽車(chē)離合器的技術(shù)和生產(chǎn)上一直處于世界領(lǐng)先水平。AP Racing在不斷超越現有產(chǎn)品的過(guò)程中得出這樣的結論，如果一種新的測力計具備了下列能力，它將具有非常明顯的優(yōu)勢：

*它能夠對設備安裝和在實(shí)際的車(chē)輪和懸掛組裝過(guò)程中測試剎車(chē)和剎車(chē)鉗。

*它具備足夠的動(dòng)力準確地模擬一級方程式賽車(chē)的速度和加速度。

*它可以模擬剎車(chē)鉗周?chē)目諝饬鲃?dòng)并且能夠通過(guò)不同的管道設計對于空氣流動(dòng)進(jìn)行研究。

*它可以導入剎車(chē)情況和加速度情況的跟蹤數據。

由于A(yíng)P Racing有著(zhù)非常強的設計能力， 他們決定在場(chǎng)地內建造該設備，這將有益于降低成本和更好地控制系統性能。對于軟件和電子控制系統，AP Racing選擇了我們根據自己在該領(lǐng)域的經(jīng)驗開(kāi)發(fā)的計算機控制解決方案(CCS)和一系列我們先前成功用于A(yíng)P Racing維護的測試機械。

該系統基于一臺工業(yè)電腦，它擁有奔騰4 HT 3.2赫茲，1GB內存和下列采集卡：

*PCI-DIO-96提供96位輸入輸出

*PCI-6033E提供8位和64類(lèi)比輸入

*PCI-7344四軸控制器

我們通過(guò)各種信號調理裝置連接這些板卡,用以控制和測量如下系統環(huán)節

*288千瓦轉換器

*240 kph流入空氣流動(dòng)控制

*為剎車(chē)壓力而應用的液壓伺服控制系統

*扭矩、溫度、紅外線(xiàn)溫度、壓力和速度的度量

*用來(lái)控制機械平面的轉換器

*水冷卻和監控

*散熱和監控

*盤(pán)載電容和置換

我們完全在LabVIEW圖形化編程環(huán)境中編寫(xiě)軟件。主要的設計元素有下面這些：

*直觀(guān)性: 我們把設計過(guò)程各種功能集中到主菜單里，這樣操作者可以逐項查找所有的輸入輸出，建立測試，運行測試,分析數據。還有一個(gè)簡(jiǎn)化了的菜單選項也把這個(gè)界面變成了一個(gè)可以運行設計前測試的基本窗體。

*校準屏：我們充分利用了TFT雙顯示器，設計出了校準屏從而在左屏提供了表格化的所有輸入輸出的顯示。這些表格對于校驗工程師察看和檢查輸入和輸出來(lái)說(shuō)是再好不過(guò)的了。右邊的屏幕包括了一個(gè)完整的設備模仿圖，對于識別變頻器和控制器的位置而言是非常有用的。

*模塊化，便于測試開(kāi)發(fā)：我們把一個(gè)測試的每一個(gè)方面細分到每一個(gè)模塊中 (例如，應用剎車(chē)、轉到速度、循環(huán)、采集開(kāi)始和停止)。用戶(hù)可以通過(guò)將這些模塊加到一個(gè)簡(jiǎn)單的列表中，從而建立整個(gè)測試組件。

*直觀(guān)的運行屏幕：利用LabVIEW的速度優(yōu)勢，我們得以展現整個(gè)運行屏幕，標出測試的位置，模擬圖，雙翻頁(yè)顯示和狀態(tài)信息。

使用最新版的LabVIEW和NI-DAQmx控制

在最后的系統開(kāi)發(fā)過(guò)程中，NI發(fā)布了LabVIEW 7.1和NI-DAQmx。在研究了這個(gè)軟件之后，我們決定升級至最新版本的系統，因為這一最新版系統帶來(lái)幾項重要優(yōu)勢,具體如下：

*平穩便捷的LabVIEW版本升級：在該產(chǎn)品發(fā)布前，我們協(xié)助了測試版的調試，這讓我們對該產(chǎn)品有了最初的信心。我們也發(fā)現新發(fā)布的產(chǎn)品非常穩定也更易于升級。

*高速數據采集：系統的設計能力包括連續存盤(pán)和顯示模擬圖和圖表的控制，它被顯示在兩個(gè)屏幕上，數據變化的速率是每個(gè)頻道2千赫茲。通過(guò)NI-DAQmx代碼的實(shí)施，我們看到數據采集速率上升了大約5倍，因此，我們給系統騰出運行空間來(lái)實(shí)現更多的實(shí)時(shí)控制和顯示。

*非線(xiàn)性采集：通過(guò)使用NI-DAQmx，我們自動(dòng)地為紅外線(xiàn)溫度變頻器應用了一組非線(xiàn)性采集，這樣避免了后期處理并且得以實(shí)時(shí)顯示這些線(xiàn)性化的頻道。

*安裝屏實(shí)施：我們使用了最新實(shí)施的安裝屏，在主運行屏幕上的安裝屏上顯示出測試中每一個(gè)特定點(diǎn)的狀態(tài)。我們所體驗到的一個(gè)優(yōu)勢是它的主屏幕一直是焦點(diǎn)所在，所以當我們運行安裝屏的時(shí)候，終止按鈕始終處于活動(dòng)狀態(tài)。

設計的挑戰：高速獨立的閉環(huán)控制

系統要求下列閉環(huán)控制：

*扭矩控制：控制所應用的剎車(chē)扭矩以符合實(shí)際狀況、一般水平和速度所依賴(lài)的水平。

*壓力控制：控制剎車(chē)所承受的壓力以符合實(shí)際狀況、一般水平和速度所依賴(lài)的水平。

*在管道中和基于剎車(chē)的速度輸出情況下模擬空氣流動(dòng)

*速度控制：機動(dòng)反向器控制

對于這項應用，有著(zhù)各種各樣的相似物或DSP解決方案的伺服控制卡。然而，我們發(fā)現NI四軸線(xiàn)動(dòng)態(tài)控制器完全適應這一系統，該方案達到這一最佳效果主要原因如下：

*它是在LabVIEW環(huán)境中完全受到控制的：從一個(gè)軟件維護的角度來(lái)講這是非常重要的，因為它避免了同時(shí)存在其他軟件產(chǎn)品和關(guān)聯(lián)的代碼庫而產(chǎn)生的版本控制問(wèn)題和額外安裝所帶來(lái)的不便。

*低成本：對比其他DSP實(shí)施或伺服控制器，性?xún)r(jià)比是無(wú)與倫比的。

*它擁有高的PID環(huán)路速率：高達16千赫茲的PID環(huán)路速率確保了PID控制由一些宏命令組成，比一些一般的控制器更易于控制，從而提供了非常流暢的機械活動(dòng)和控制。