基于NI LabVIEW 7.1和NI-DAQmx的F1賽車彎角器和剎

應用領(lǐng)域：

汽車

挑戰(zhàn)：

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

應用方案：

新的系統(tǒng)將基于一臺工業(yè)用奔騰4 HT 3.2g赫茲，內(nèi)存達到1GB的計算機， 使用的是NI數(shù)據(jù)采集和控制卡，軟件的編譯都是通過在LabVIEW圖形化編程環(huán)境中來實現(xiàn)。

使用的產(chǎn)品：

數(shù)據(jù)采集(DAQ)，動態(tài)控制，PXI/CompactPCI

30多年來，AP Racing在制動鉗和賽車離合器的技術(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(xiàn)有產(chǎn)品的過程中得出這樣的結(jié)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?qū)υO(shè)備安裝和在實際的車輪和懸掛組裝過程中測試剎車和剎車鉗。

*它具備足夠的動力準確地模擬一級方程式賽車的速度和加速度。

*它可以模擬剎車鉗周圍的空氣流動并且能夠通過不同的管道設(shè)計對于空氣流動進行研究。

*它可以導入剎車情況和加速度情況的跟蹤數(shù)據(jù)。

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

該系統(tǒng)基于一臺工業(yè)電腦，它擁有奔騰4 HT 3.2赫茲，1GB內(nèi)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類比輸入

*PCI-7344四軸控制器

我們通過各種信號調(diào)理裝置連接這些板卡,用以控制和測量如下系統(tǒng)環(huán)節(jié)

*288千瓦轉(zhuǎn)換器

*240 kph流入空氣流動控制

*為剎車壓力而應用的液壓伺服控制系統(tǒng)

*扭矩、溫度、紅外線溫度、壓力和速度的度量

*用來控制機械平面的轉(zhuǎn)換器

*水冷卻和監(jiān)控

*散熱和監(jiān)控

*盤載電容和置換

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

*直觀性: 我們把設(shè)計過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(shù)據(jù)。還有一個簡化了的菜單選項也把這個界面變成了一個可以運行設(shè)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(shè)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說是再好不過的了。右邊的屏幕包括了一個完整的設(shè)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，便于測試開發(fā)：我們把一個測試的每一個方面細分到每一個模塊中 (例如，應用剎車、轉(zhuǎn)到速度、循環(huán)、采集開始和停止)。用戶可以通過將這些模塊加到一個簡單的列表中，從而建立整個測試組件。

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

使用最新版的LabVIEW和NI-DAQmx控制

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

*平穩(wěn)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(diào)試，這讓我們對該產(chǎn)品有了最初的信心。我們也發(fā)現(xiàn)新發(fā)布的產(chǎn)品非常穩(wěn)定也更易于升級。

*高速數(shù)據(jù)采集：系統(tǒng)的設(shè)計能力包括連續(xù)存盤和顯示模擬圖和圖表的控制，它被顯示在兩個屏幕上，數(shù)據(jù)變化的速率是每個頻道2千赫茲。通過NI-DAQmx代碼的實施，我們看到數(shù)據(jù)采集速率上升了大約5倍，因此，我們給系統(tǒng)騰出運行空間來實現(xiàn)更多的實時控制和顯示。

*非線性采集：通過使用NI-DAQmx，我們自動地為紅外線溫度變頻器應用了一組非線性采集，這樣避免了后期處理并且得以實時顯示這些線性化的頻道。

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

設(shè)計的挑戰(zhàn)：高速獨立的閉環(huán)控制

系統(tǒng)要求下列閉環(huán)控制：

*扭矩控制：控制所應用的剎車扭矩以符合實際狀況、一般水平和速度所依賴的水平。

*壓力控制：控制剎車所承受的壓力以符合實際狀況、一般水平和速度所依賴的水平。

*在管道中和基于剎車的速度輸出情況下模擬空氣流動

*速度控制：機動反向器控制

對于這項應用，有著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(xiàn)NI四軸線動態(tài)控制器完全適應這一系統(tǒng)，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：從一個軟件維護的角度來講這是非常重要的，因為它避免了同時存在其他軟件產(chǎn)品和關(guān)聯(lián)的代碼庫而產(chǎn)生的版本控制問題和額外安裝所帶來的不便。

*低成本：對比其他DSP實施或伺服控制器，性價比是無與倫比的。

*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和控制。