電磁輻射試驗范文

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篇1

【關鍵詞】電液伺服系統；PLC；虛擬儀器；數據采集；LabVIEW

0 引言

TZ 100KN電液伺服綜合試驗機是一種拉壓雙向動靜試驗系統，主要用于測試各種金屬材料、高強度非金屬、復合材料及部件，如汽車板簧、門鎖、鏈條等，在常溫下的動靜力學性能，可對被測試件施加規則波形和任意波形試驗，其負荷、位移（變形）兩種狀況任意轉換。試件裝夾、橫梁升降、鎖緊均為液壓驅動、操作方便，安全可靠。隨著電子技術、虛擬儀器儀表技術、總線技術的快速發展，原系統的硬件、軟件功能已經跟不上科技發展的步伐，應用現有的技術成果和先進經驗對其進行技術升級改造，使設備更能滿足具體要求，尤其在我國產品更新換代緩慢的條件下，具有較大的意義。

1 存在的問題

原系統使用年限已久，計算機、信號調制電路、伺服閥驅動器、控制電路、油源系統出現不同程度老化；負荷傳感器及其信號調制電路出現問題，致使負荷測量不準確；試驗操作界面不友好，參數設定不直觀、不方便，試驗時操作繁瑣，且其程序為16位程序，不利于升級和修改；液壓源采用調壓回路和旁路分油的方式實現輸出壓力調節，耗電量大。

2 系統設計

由于出現上述問題，該試驗系統已無法正常使用，為了恢復系統功能，延長系統壽命，對原系統進行下列技術升級改造（如圖1所示），系統由高壓油源（變頻器和液壓泵等）、檢測變送裝置（位移、負荷傳感器和位移、負荷變送器）、控制器（PLC）、執行機構（伺服閥及其驅動器）以及操作界面（上位機）組成。

圖1 系統硬件組成圖（控制部分、機械部分略）

LabVIEW是虛擬儀器領域中最具有代表性的圖形化編程開發平臺，它廣泛地被工業界、學術界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數據采集和儀器控制軟件。上位機采用基于LabVIEW開發的人機界面，通過RS232與PLC進行通訊，實時監測和顯示油源系統以及PLC的狀態，完成數據記錄、數據分析、數據保存、參數設置、報表統計、打印等功能。

3 系統工作原理

電液伺服綜合試驗系統有位移控制和負荷控制兩種方式，位移控制系統位移跟隨設定變化，負荷控制系統負荷跟隨設定變化。控制算法為PID控制算法，比例系數、積分增益、微分增益三個參數可調。將位移、負荷傳感器信號以及伺服閥控制信號轉化成標準電流信號，PLC按一定的時間間隔采集位移、負荷、壓力信號，并對數據進行運算、存儲，PLC根據上位機的操作，載入不同類型的試驗（包括靜態位移試驗、靜態負荷試驗、動態負荷試驗、動態位移試驗），位移、負荷PID控制運算輸出通過DA模塊變成0～10V信號后做為伺服放大器的輸入，伺服放大器在將其轉換成-40mA～40mA的控制信號，控制電液伺服閥中高壓油的流量，從而改變油缸的位置和負荷；壓力PID控制運算輸出通過DA模塊變成0～10V信號后做為變頻器是頻率設定，控制液壓泵的轉速，從而調整油源系統的出口壓力，控制程序流程圖如圖2所示。

圖2 控制程序流程圖

基于LabVIEW開發的電液伺服綜合試驗系統，操作界面程序部分采用了生產者/消費者的設計模式，該設計模式要求有一個隊列，生產者以事件驅動方式生成隊列中的項，消費者根據隊列中的元素異步執行代碼。本系統程序中，數據通訊和部分需要重復使用的功能，使用了這一設計模式來設計。

生產者就是一個定時循環結構和一個用戶事件結構，消費者就事件處理器。定時循環中的代碼產生周期性事件，比如數據采集、數據記錄和通訊偵測；用戶事件結構產生用戶進行操作時觸發的事件，比如數據處理、參數設置等等；指令隊列處理器包含了多條指令，每條指令都有不同的功能，它們主要實現與PLC通訊和顯示界面的更新（如圖3所示）。

4 電液伺服綜合試驗機信息化管理系統

本信息化管理系統用于微機控制電液伺服綜合試驗機，進行各種金屬及非金屬的試驗，按照相應標準完成實時測量與顯示、實時控制及數據處理、結果輸出等各種功能（部分功能如下圖4、圖5、圖6所示），具有以下主要特點：

圖4 電液伺服綜合試驗系統（靜態試驗）主界面

圖5 動態試驗界面

（1）分權限管理，不同級別的操作者有不同的操作權限，可操作的菜單等內容也不同，有效的保護了系統；

（2）實時測量與顯示試驗力及峰值、位移、變形等各信號；

（3）實現了負荷-變形，負荷-位移等多種試驗曲線的實時屏幕顯示，可隨時切換觀察，曲線的放大與縮小非常方便；

（4）具備試驗參數的計算機存儲、設定、加載等功能，調零、標定等操作都從軟件上進行，各參數可方便的進行存儲和調入；

（5）試驗數據以文本文件存貯，以方便用戶查詢，以及利用任何通用商業報表、字處理軟件對試驗數據進行再處理，同時方便聯網傳遞數據；

（6）可記錄、保存試驗全過程的數據曲線，并具有演示功能，實現試驗曲線再現，還可以進行曲線疊加對比，便于對比分析；

（7）可按用戶要求格式打印試驗報告，用戶可以自己選擇報告輸出基本信息和試驗結果及試驗曲線的內容，滿足各種需要；

（8）具備過載保護自動停機功能，并可以自動判斷試樣斷裂，自動停機。

圖6 參數設置界面

5 結語

我們設計的這套基于PLC和LabVIEW的電液伺服綜合試驗系統，能夠對電液伺服綜合試驗機性能及工藝參數進行高速實時的數據采集，并將數據及時地送入計算機進行分析、處理，最后將結果形象地顯示在計算機屏幕上。系統升級改造交付廠家使用以來，顯現出以下優點：人機界面友好、程序結構清晰、易于閱讀與維護、數據準確、參數設置簡單、操作方便，企業投入少量的資金對原有設備進行技術改造，使舊設備再生并獲得巨大的經濟效益，同時可使舊設備升值，該系統適用性好、可移植性強，具有很好的推廣應用前景。

【參考文獻】

[1]劉君華，賈慧芹，丁暉，等.虛擬儀器圖形化編程語言LabVIEW教程[M].西安：西安電子科技大學出版社，2001.

[2]孟武勝，朱劍波，黃鴻，等.基于LabVIEW數據采集系統的設計[J].電子測量技術，2008（11）：63-65.

篇2

關鍵詞：xPC 導彈電液伺服機構 實時控制 數據采集

中圖分類號：TJ760.3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2012）09-0153-02

導彈伺服機構是導彈姿態控制系統中的重要組成部分，也是導彈控制系統的執行機構，它的性能往往嚴重影響到導彈的控制精度，直接決定著導彈飛行過程的動態品質，因此對導彈電液伺服機構的研究就顯得尤為重要。由于導彈伺服機構本身對控制系統實時性要求極高，采用傳統的Windows操作系統編程很難達到要求，而且存在著開發周期長、調試難、不易加入先進的控制策略等缺點，因此，本文選擇了基于MATLAB xPC-Target實時內核的方式來滿足系統對實時性的要求，并且具有開發周期短、價格低廉的優勢。

1、xPC目標快速控制原型化的基本原理

xPC Target是RTW的附加產品，它是一種“雙機型”的運行模式，即xPC Target需要使用兩臺PC機，其中宿主機用于運行Simulink，而目標機則用于執行所生產的代碼。目標PC機運行了一個高度緊縮型的實時操作內核，該實時操作內核采用了32位保護模式，用過RS232或TCP/IP連接方式來實現宿主機和目標機之間的通信。xPC目標快速控制原型化的原理圖如圖1所示。

首先xPC目標在宿主機的MATLAB環境下創建控制程序文件，通過以太網或串口連接方式下載到目標機上，然后目標機用DOS方式引導進入xPC實時平臺，接受并運行從宿主機上下載的控制程序代碼，對PCI、ISA地址進行操作，直接讀寫板卡，而這些板卡又與傳感器或執行元件連接，接收各種傳感器信號并發出控制指令。在程序管理運行期間，用戶還可以從宿主機上對xPC目標程序進行在線參數調節、數據的分析和處理等操作。

2、系統的組成

導彈電液伺服機構實時測控系統主要有伺服機構試驗平臺、硬件系統、信號調理模塊和軟件系統組成。伺服機構試驗平臺包括臺體的機械結構、電液伺服閥、雙出桿伺服油缸、油源和傳感器等；硬件系統包括普通臺式機、工業PC機以及數據采集卡等；信號調理模塊主要實現模擬和數字信號的調理；軟件系統包括Windows系統下運行的人機交互界面和MATLAB RTW下運行的實時測控軟件，采用MATLAB2009軟件開發。其結構圖如圖2所示。

該系統主要實現四個功能：一是數據的采集，即通過傳感器來實時的獲得伺服機構負載（錐形筒）的角度位置；二是控制計算功能，通過PID運算，根據不同的誤差，計算出控制信號；三是信號的發生，把控制信號發給執行機構，實現負載的穩定控制；四是輔助功能，實現觀察和監視實驗、數據保存、在線參數調整等。

3、測控系統硬件和軟件設計

3.1 系統硬件

目標PC機選用研華公司的IPC-610型工控機，配備了主頻2.4GHz的Intel雙核處理器，2G內存，帶有PCI和ISA插槽，19寸液晶顯示器和網卡。宿主機采用普通臺式機。

試驗系統最多模擬信號為8路，考慮到以后擴展的需要，要求采集卡要預留一些模擬量通道和數字量通道。通過對比測控板卡選用了研華公司PCI-1712。它具有16路單端或8路差分的模擬量輸入（也可單端差分混合使用），2路12位D/A模擬量輸出通道，1MHz的采樣頻率，16路數字量輸入和輸出通道以及3個10MHz時鐘的16位可編程多功能計數器通道。與采集卡配套的接線端子板型號為PCLD-8712。

3.2 系統軟件

軟件系統是實時測控系統的重要組成部分，測控系統的性能往往在很大程度上取決于系統的軟件設計。本文開發的實時控制軟件運行在雙擊模式下：目標機運行xPC目標環境提供的實時操作內核，實時控制系統的控制程序運行在該實時內核上，控制被控對象按宿主機指令運動。利用Simulink RTW工具包開發實時控制程序主要包括三部分：一是制作和運行實時控制程序的實時內核；二是開發實時控制程序，經編譯轉為可執行代碼；三是開發人機交互界面。本系統選用的采集卡是研華公司的PCI-1712，但由于其不支持xPC目標工具箱，因此需要自行開發I/O設備驅動。驅動模塊實現流程圖如圖3所示。

人機界面主要完成參數設置、數據顯示、分析和管理等，軟件結構圖如圖4所示，主界面如圖5所示。

4、試驗研究

在軟件界面上選擇“定溫實驗”-“算法驗證實驗”，進行算法驗證實驗，本系統選擇了Matlab自帶的PID控制算法，在Simulink中建立的模型如圖6所示。

模型建立后，要配置成定步長運行。選擇Real-Time Workshop：System target file：xpctarget.tlc；Template makefile：xpc_default_tmf；配置到通信協議，生成啟動盤，啟動目標機，然后就可生成xPC目標代碼并下載到目標機上運行。在主機和目標機上都可控制xPC目標的運行，在主機上進行控制較方便，控制方式有命令行方式、外部模式、xPC Target、Explorer和Web方式，各種方式各有特點，本文采用的是Web方式，它比較直觀，不僅能夠控制目標的運行，還能夠在線改變參數。目標運行完成后，把相關數據上傳到主機進行分析，得到試驗數據曲線如圖7所示。

5、結語

利用Matlab xPC-Target開發導彈電液伺服機構的實時測試控制系統，實現了對導彈電液伺服機構的實時測量和實時控制，并能開展相關的科學試驗研究。該系統具有以下優點：（1）基于xPC目標的實時測控系統，與傳統的上、下位機實時測控系統相比，可以大大降低硬件成本，減小物理封裝；（2）開發人員不需要深入了解實時操作系統運行機制，也不必用高級語言編寫控制律代碼和通訊代碼，能節約大量的代碼編寫與調試時間，使開發人員可以集中精力進行控制算法的設計。

參考文獻

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