一種發(fā)動機性能虛擬儀器測試系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用

　?。?）測功機

　　測功機是根據(jù)作用力與反作用力平衡原理設(shè)計的。當(dāng)發(fā)動機測功機的定子受到的轉(zhuǎn)矩與被測發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩相等時，由單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)直接精準(zhǔn)地讀出被測發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩值。當(dāng)被測發(fā)動機旋轉(zhuǎn)帶著測功機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，若給測功機加入直流勵磁電壓，測功機中有磁場存在，此時測功機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)且切割磁力線產(chǎn)生電樞電流，電樞電流和磁通相互作用產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，同時測功機定子受到一個相反方向的轉(zhuǎn)矩作用，便在測功機傳感器軸上產(chǎn)生壓應(yīng)力，在正常工作范圍內(nèi)，壓應(yīng)力與傳感器軸所承受的轉(zhuǎn)矩成正比。如果在傳感器軸產(chǎn)生最大壓應(yīng)力方向上粘貼電阻應(yīng)變片，則應(yīng)變處的電阻值就隨著壓應(yīng)力的大小而變化，再將應(yīng)變片接入一定的橋式電路就能將壓應(yīng)力的變化轉(zhuǎn)化為電壓信號，從而即能測量出轉(zhuǎn)矩的大小。

　　發(fā)動機轉(zhuǎn)速的測量使用光電式轉(zhuǎn)速傳感器，測速分辨力高、慣性小、應(yīng)用廣泛，利用單片機和光電式傳感器相配合，使待測量發(fā)動機轉(zhuǎn)速簡便、抗干擾能力強。光電式傳感器在發(fā)動機軸上裝一個邊緣有N個均勻分布鋸齒的圓盤，通過光線投射到光敏管上，當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)動一周，就得到N個脈沖信號，測量脈沖信號的頻率或周期，就可得到發(fā)動機的轉(zhuǎn)速。

　?。?）控制機柜

　　控制機柜主要由控制開關(guān)、開關(guān)電源、濾波器以及連接線路組成，是為各路傳感模塊提供相應(yīng)的多路接口，使之與待測發(fā)動機連接，并提供安全的系統(tǒng)供電、信號隔離、幅度調(diào)節(jié)以及風(fēng)冷控制等輔助功能，為整個發(fā)動機測試系統(tǒng)提供強電支持及系統(tǒng)應(yīng)急措施。

　　4 軟件結(jié)構(gòu)及算法

　?。?）軟件結(jié)構(gòu)

　　發(fā)動機性能虛擬儀器測試系統(tǒng)總體采用一種基于TCP/IP協(xié)議的客戶機/服務(wù)器（CS）結(jié)構(gòu)。服務(wù)器架構(gòu)為NI cFP分布式I/O體系，利用其內(nèi)嵌的獨立式實時系統(tǒng)實現(xiàn)目標(biāo)參量的信號采樣，并完成對目標(biāo)參量的實時監(jiān)測和控制；客戶機則采用通用的PC機結(jié)構(gòu)，運行 Windows 多線程操作系統(tǒng)，使用LabVIEW虛擬儀器平臺，借助TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)，與服務(wù)器之間控制參量及檢測數(shù)據(jù)的通信，并提供GUI圖形化用戶界面，實現(xiàn)人機交互，完成控制參數(shù)的輸入，以及檢測數(shù)據(jù)的分析、運算和圖表顯示。

　　系統(tǒng)操作流程為，上電后服務(wù)器自動啟動存儲器中內(nèi)建的LabVIEW RT實時程序，并實時偵聽客戶機“開始測試”的命令；客戶機開機運行發(fā)動機性能虛擬儀器測試主程序，完成用戶登錄、硬件配置、選擇測試項目、設(shè)置測試參數(shù)后，啟動測試程序；服務(wù)器偵聽到客戶端“開始測試”命令后，按照客戶制定的硬件配置、測試項目以及測試參數(shù)開始實時控制與數(shù)據(jù)采集，并通過TCP/IP協(xié)議將實驗數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶機；客戶機發(fā)出PID控制命令，并對服務(wù)器發(fā)送的實驗數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，并以圖表方式顯示實驗結(jié)果；完成測試后，客戶機發(fā)出結(jié)束測試的命令，經(jīng)服務(wù)器接收確認(rèn)后，結(jié)束測試。

　?。?）PID控制算法

　　本系統(tǒng)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)點是原理簡單，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(jié)構(gòu)簡單易于實現(xiàn)；缺點是每次輸出均與過去的狀態(tài)有關(guān)，計算時要對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(yīng)的是執(zhí)行機構(gòu)的實際位置，如計算機出現(xiàn)故障，u（k）的大幅度變化會引起執(zhí)行機構(gòu)位置的大幅度變化。