采用虛擬儀表實現(xiàn)液壓裝置的動特性測試和仿真
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目前大多液壓設(shè)備制造廠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(shù)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，價格也十分昂貴。現(xiàn)代工業(yè)和技術(shù)對影響產(chǎn)品精度的動態(tài)特性提出愈來愈高的要求，只有采用計算機(jī)輔助測試(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、制造提供依據(jù)〔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(tǒng)測試手段相比，CAT的優(yōu)點是數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，測試精度高，可保持測量的實時性，防止人為誤差，提供一套自動測試方案以及可減少儀器設(shè)備量等。
2 虛擬儀表設(shè)計
(1)虛擬儀表的結(jié)構(gòu)和功能
虛擬儀表的硬件基礎(chǔ)為個人計算機(jī)，它采用虛擬儀器技術(shù)(Virtual Instrument)來開發(fā)。如圖1所示，它由PC機(jī)、DAQ插件卡、信號調(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、存儲器、顯示器等)及插件卡功能(定時、A／D、D／A變換器、高速緩存、數(shù)字I／O電路等)，通過支持軟件來完成數(shù)據(jù)采集、過程通訊、數(shù)據(jù)分析處理及儀器界面設(shè)計等功能。此外，信號調(diào)理電路用于信號放大、防護(hù)(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(jī)的基礎(chǔ)上，所以它可方便地通過總線來掛接各類插件卡，從而實現(xiàn)了多種儀器功能的集成化。如將信號源、頻率計、電壓表、數(shù)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(jié)省了測試設(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，實現(xiàn)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(jié)構(gòu)
虛擬儀表的功能一覽表 
虛擬儀表的軟件開發(fā)平臺選用美國NI(NATIONAL INSTRUMENTS)公司推出的LabVIEW圖形編程語言，它配有豐富的數(shù)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(shè)計。LabVIEW語言要用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，各模塊之間通過連接口彼此聯(lián)結(jié)起來，互相傳送參數(shù)，從而構(gòu)成一個更大的模塊并完成特定的任務(wù)。在虛擬儀表的軟件設(shè)計中，大部分程序直接調(diào)用了LabVIEW開發(fā)環(huán)境中的函數(shù)庫(即圖標(biāo)／連接口)；有少部分子功能，例如接口卡驅(qū)動程序DLLs、傳感器非線性補(bǔ)償、標(biāo)度變換和高階仿真計算等，則用Borland C++開發(fā)工具編寫，并生成動態(tài)鏈接庫DLLs。LabVIEW具有良好的開放性，它通過調(diào)用動態(tài)鏈接庫的方式，共亨其它軟件開發(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(tǒng)構(gòu)成
液壓裝置的動特性測試是通過跟蹤測量系統(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)的時域和頻域特性。虛擬儀表用于液壓位置伺服裝置動特性測試的系統(tǒng)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(tǒng)的激勵輸入，該信號經(jīng)驅(qū)動放大后送入系統(tǒng)的輸入控制端；虛擬儀表通過A／D采集器輸入系統(tǒng)的響應(yīng)輸出信號Uf，而Uf由安裝在現(xiàn)場的激光位移傳感器檢測得到，Uf經(jīng)信號調(diào)理(如放大、濾波、隔離和防護(hù)等)之后進(jìn)行A／D變換，然后輸入計算機(jī)。整個測試系統(tǒng)的設(shè)備量極少，儀器(或裝置) 之間的連接簡明，大部分測試功能的實現(xiàn)由軟件來承擔(dān)。
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