一種發(fā)動(dòng)機性能虛擬儀器測試系統的設計應用

　?。?）測功機

　　測功機是根據作用力與反作用力平衡原理設計的。當發(fā)動(dòng)機測功機的定子受到的轉矩與被測發(fā)動(dòng)機的轉矩相等時(shí)，由單片機數據采集系統直接精準地讀出被測發(fā)動(dòng)機的轉矩值。當被測發(fā)動(dòng)機旋轉帶著(zhù)測功機的轉子旋轉時(shí)，若給測功機加入直流勵磁電壓，測功機中有磁場(chǎng)存在，此時(shí)測功機轉子旋轉且切割磁力線(xiàn)產(chǎn)生電樞電流，電樞電流和磁通相互作用產(chǎn)生制動(dòng)轉矩，同時(shí)測功機定子受到一個(gè)相反方向的轉矩作用，便在測功機傳感器軸上產(chǎn)生壓應力，在正常工作范圍內，壓應力與傳感器軸所承受的轉矩成正比。如果在傳感器軸產(chǎn)生最大壓應力方向上粘貼電阻應變片，則應變處的電阻值就隨著(zhù)壓應力的大小而變化，再將應變片接入一定的橋式電路就能將壓應力的變化轉化為電壓信號，從而即能測量出轉矩的大小。

　　發(fā)動(dòng)機轉速的測量使用光電式轉速傳感器，測速分辨力高、慣性小、應用廣泛，利用單片機和光電式傳感器相配合，使待測量發(fā)動(dòng)機轉速簡(jiǎn)便、抗干擾能力強。光電式傳感器在發(fā)動(dòng)機軸上裝一個(gè)邊緣有N個(gè)均勻分布鋸齒的圓盤(pán)，通過(guò)光線(xiàn)投射到光敏管上，當發(fā)動(dòng)機轉動(dòng)一周，就得到N個(gè)脈沖信號，測量脈沖信號的頻率或周期，就可得到發(fā)動(dòng)機的轉速。

　?。?）控制機柜

　　控制機柜主要由控制開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)電源、濾波器以及連接線(xiàn)路組成，是為各路傳感模塊提供相應的多路接口，使之與待測發(fā)動(dòng)機連接，并提供安全的系統供電、信號隔離、幅度調節以及風(fēng)冷控制等輔助功能，為整個(gè)發(fā)動(dòng)機測試系統提供強電支持及系統應急措施。

　　4 軟件結構及算法

　?。?）軟件結構

　　發(fā)動(dòng)機性能虛擬儀器測試系統總體采用一種基于TCP/IP協(xié)議的客戶(hù)機/服務(wù)器（CS）結構。服務(wù)器架構為NI cFP分布式I/O體系，利用其內嵌的獨立式實(shí)時(shí)系統實(shí)現目標參量的信號采樣，并完成對目標參量的實(shí)時(shí)監測和控制；客戶(hù)機則采用通用的PC機結構，運行 Windows 多線(xiàn)程操作系統，使用LabVIEW虛擬儀器平臺，借助TCP/IP協(xié)議實(shí)現，與服務(wù)器之間控制參量及檢測數據的通信，并提供GUI圖形化用戶(hù)界面，實(shí)現人機交互，完成控制參數的輸入，以及檢測數據的分析、運算和圖表顯示。

　　系統操作流程為，上電后服務(wù)器自動(dòng)啟動(dòng)存儲器中內建的LabVIEW RT實(shí)時(shí)程序，并實(shí)時(shí)偵聽(tīng)客戶(hù)機“開(kāi)始測試”的命令；客戶(hù)機開(kāi)機運行發(fā)動(dòng)機性能虛擬儀器測試主程序，完成用戶(hù)登錄、硬件配置、選擇測試項目、設置測試參數后，啟動(dòng)測試程序；服務(wù)器偵聽(tīng)到客戶(hù)端“開(kāi)始測試”命令后，按照客戶(hù)制定的硬件配置、測試項目以及測試參數開(kāi)始實(shí)時(shí)控制與數據采集，并通過(guò)TCP/IP協(xié)議將實(shí)驗數據發(fā)送給客戶(hù)機；客戶(hù)機發(fā)出PID控制命令，并對服務(wù)器發(fā)送的實(shí)驗數據進(jìn)行分析處理，完成PID控制后，按照測試項目進(jìn)行測試，分析處理測試數據，并以圖表方式顯示實(shí)驗結果；完成測試后，客戶(hù)機發(fā)出結束測試的命令，經(jīng)服務(wù)器接收確認后，結束測試。

　?。?）PID控制算法

　　本系統試驗了3種PID控制算法：位置式PID控制算法、增量式PID控制算法和積分分離PID控制算法。

　　1） 位置式PID控制算法

　　該算法的優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單，只是將經(jīng)典的PID算法理論離散化，運用于計算機輔助測量，結構簡(jiǎn)單易于實(shí)現；缺點(diǎn)是每次輸出均與過(guò)去的狀態(tài)有關(guān)，計算時(shí)要對e（k）進(jìn)行累加，計算機運算工作量大；而且，因為計算機輸出的u（k）對應的是執行機構的實(shí)際位置，如計算機出現故障，u（k）的大幅度變化會(huì )引起執行機構位置的大幅度變化。