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采用虛擬儀表實(shí)現液壓裝置的動(dòng)特性測試和仿真
作者：
時(shí)間：2012-10-22
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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1 引言
目前大多液壓設備制造廠(chǎng)仍沿用手工方法對其生產(chǎn)產(chǎn)品進(jìn)行性能測試，不僅測試效率低，誤差大，而且所需儀器較多(如函數發(fā)生器、示波器、頻率計、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代工業(yè)和技術(shù)對影響產(chǎn)品精度的動(dòng)態(tài)特性提出愈來(lái)愈高的要求，只有采用計算機輔助測試(CAT)技術(shù)，才有可能獲取準確的數據及表征產(chǎn)品性能的有關(guān)信息，為產(chǎn)品的設計、制造提供依據〔1〕。我國的液壓工業(yè)已有一定的水平，但與日本、德國等先進(jìn)國家相比還有較大的差距，其中測試水平的低下是造成質(zhì)量上不去的重要原因之一。與傳統測試手段相比，CAT的優(yōu)點(diǎn)是數據處理能力強，測試精度高，可保持測量的實(shí)時(shí)性，防止人為誤差，提供一套自動(dòng)測試方案以及可減少儀器設備量等。
2 虛擬儀表設計
(1)虛擬儀表的結構和功能
虛擬儀表的硬件基礎為個(gè)人計算機，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、DAQ插件卡、信號調理電路和支持軟件等部分組成〔2〕。虛擬儀表充分利用了PC機的資源(處理器、存儲器、顯示器等)及插件卡功能(定時(shí)、A／D、D／A變換器、高速緩存、數字I／O電路等)，通過(guò)支持軟件來(lái)完成數據采集、過(guò)程通訊、數據分析處理及儀器界面設計等功能。此外，信號調理電路用于信號放大、防護(隔離)、靜態(tài)信號適配、低通濾波和端子等。由于虛擬儀表建立在PC機的基礎上，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)現了多種儀器功能的集成化。如將信號源、頻率計、電壓表、數字存儲示波器及頻譜和信號分析儀等儀器功能集成在一起，大大節省了測試設備量及降低了成本。虛擬儀表在硬件的基礎上，充分發(fā)揮軟件的關(guān)鍵作用，實(shí)現了測試集成化以及采集與控制、組態(tài)與分析、顯示和報表等處理功能，如表所示。 
圖1 虛擬儀表的結構
虛擬儀表的功能一覽表
(2)虛擬儀表的開(kāi)發(fā)平臺
虛擬儀表的軟件開(kāi)發(fā)平臺選用美國NI(NATIONAL INSTRUMENTS)公司推出的LabVIEW圖形編程語(yǔ)言，它配有豐富的數字信號處理工具箱，支持DLL和DDE，十分適合CAT用途的虛擬儀表設計。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／連接口，各模塊之間通過(guò)連接口彼此聯(lián)結起來(lái)，互相傳送參數，從而構成一個(gè)更大的模塊并完成特定的任務(wù)。在虛擬儀表的軟件設計中，大部分程序直接調用了LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境中的函數庫(即圖標／連接口)；有少部分子功能，例如接口卡驅動(dòng)程序DLLs、傳感器非線(xiàn)性補償、標度變換和高階仿真計算等，則用Borland C++開(kāi)發(fā)工具編寫(xiě)，并生成動(dòng)態(tài)鏈接庫DLLs。LabVIEW具有良好的開(kāi)放性，它通過(guò)調用動(dòng)態(tài)鏈接庫的方式，共亨其它軟件開(kāi)發(fā)平臺生成的程序代碼和資源〔3〕。
3液壓裝置性能測試及仿真
(1)系統構成
液壓裝置的動(dòng)特性測試是通過(guò)跟蹤測量系統(或環(huán)節)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)特性測試的系統框圖如圖2所示。其測試原理是：虛擬儀表的信號源發(fā)出一路模擬信號Usr(方波、正弦波等)作為系統的激勵輸入，該信號經(jīng)驅動(dòng)放大后送入系統的輸入控制端；虛擬儀表通過(guò)A／D采集器輸入系統的響應輸出信號Uf，而Uf由安裝在現場(chǎng)的激光位移傳感器檢測得到，Uf經(jīng)信號調理(如放大、濾波、隔離和防護等)之后進(jìn)行A／D變換，然后輸入計算機。整個(gè)測試系統的設備量極少，儀器(或裝置) 之間的連接簡(jiǎn)明，大部分測試功能的實(shí)現由軟件來(lái)承擔。
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