導語：如何才能寫好一篇電磁輻射試驗，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關(guān)鍵詞】電液伺服系統(tǒng)；PLC；虛擬儀器；數(shù)據(jù)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(tǒng)，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(guī)則波形和任意波形試驗，其負荷、位移（變形）兩種狀況任意轉(zhuǎn)換。試件裝夾、橫梁升降、鎖緊均為液壓驅(qū)動、操作方便，安全可靠。隨著電子技術(shù)、虛擬儀器儀表技術(shù)、總線技術(shù)的快速發(fā)展，原系統(tǒng)的硬件、軟件功能已經(jīng)跟不上科技發(fā)展的步伐，應用現(xiàn)有的技術(shù)成果和先進經(jīng)驗對其進行技術(shù)升級改造，使設備更能滿足具體要求，尤其在我國產(chǎn)品更新?lián)Q代緩慢的條件下，具有較大的意義。

1 存在的問題

原系統(tǒng)使用年限已久，計算機、信號調(diào)制電路、伺服閥驅(qū)動器、控制電路、油源系統(tǒng)出現(xiàn)不同程度老化；負荷傳感器及其信號調(diào)制電路出現(xiàn)問題，致使負荷測量不準確；試驗操作界面不友好，參數(shù)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(diào)壓回路和旁路分油的方式實現(xiàn)輸出壓力調(diào)節(jié)，耗電量大。

2 系統(tǒng)設計

由于出現(xiàn)上述問題，該試驗系統(tǒng)已無法正常使用，為了恢復系統(tǒng)功能，延長系統(tǒng)壽命，對原系統(tǒng)進行下列技術(shù)升級改造（如圖1所示），系統(tǒng)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(zhí)行機構(gòu)（伺服閥及其驅(qū)動器）以及操作界面（上位機）組成。

圖1 系統(tǒng)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(fā)平臺，它廣泛地被工業(yè)界、學術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。上位機采用基于LabVIEW開發(fā)的人機界面，通過RS232與PLC進行通訊，實時監(jiān)測和顯示油源系統(tǒng)以及PLC的狀態(tài)，完成數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)保存、參數(shù)設置、報表統(tǒng)計、打印等功能。

3 系統(tǒng)工作原理

電液伺服綜合試驗系統(tǒng)有位移控制和負荷控制兩種方式，位移控制系統(tǒng)位移跟隨設定變化，負荷控制系統(tǒng)負荷跟隨設定變化?？刂扑惴镻ID控制算法，比例系數(shù)、積分增益、微分增益三個參數(shù)可調(diào)。將位移、負荷傳感器信號以及伺服閥控制信號轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)進行運算、存儲，PLC根據(jù)上位機的操作，載入不同類型的試驗（包括靜態(tài)位移試驗、靜態(tài)負荷試驗、動態(tài)負荷試驗、動態(tài)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速，從而調(diào)整油源系統(tǒng)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(fā)的電液伺服綜合試驗系統(tǒng)，操作界面程序部分采用了生產(chǎn)者/消費者的設計模式，該設計模式要求有一個隊列，生產(chǎn)者以事件驅(qū)動方式生成隊列中的項，消費者根據(jù)隊列中的元素異步執(zhí)行代碼。本系統(tǒng)程序中，數(shù)據(jù)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(chǎn)者就是一個定時循環(huán)結(jié)構(gòu)和一個用戶事件結(jié)構(gòu)，消費者就事件處理器。定時循環(huán)中的代碼產(chǎn)生周期性事件，比如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)記錄和通訊偵測；用戶事件結(jié)構(gòu)產(chǎn)生用戶進行操作時觸發(fā)的事件，比如數(shù)據(jù)處理、參數(shù)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(xiàn)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(tǒng)

本信息化管理系統(tǒng)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(shù)據(jù)處理、結(jié)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(tǒng)（靜態(tài)試驗）主界面

圖5 動態(tài)試驗界面

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

（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(xiàn)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(shù)的計算機存儲、設定、加載等功能，調(diào)零、標定等操作都從軟件上進行，各參數(shù)可方便的進行存儲和調(diào)入；

（5）試驗數(shù)據(jù)以文本文件存貯，以方便用戶查詢，以及利用任何通用商業(yè)報表、字處理軟件對試驗數(shù)據(jù)進行再處理，同時方便聯(lián)網(wǎng)傳遞數(shù)據(jù)；

（6）可記錄、保存試驗全過程的數(shù)據(jù)曲線，并具有演示功能，實現(xiàn)試驗曲線再現(xiàn)，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(jié)果及試驗曲線的內(nèi)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(shù)設置界面

5 結(jié)語

我們設計的這套基于PLC和LabVIEW的電液伺服綜合試驗系統(tǒng)，能夠?qū)﹄娨核欧C合試驗機性能及工藝參數(shù)進行高速實時的數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)及時地送入計算機進行分析、處理，最后將結(jié)果形象地顯示在計算機屏幕上。系統(tǒng)升級改造交付廠家使用以來，顯現(xiàn)出以下優(yōu)點：人機界面友好、程序結(jié)構(gòu)清晰、易于閱讀與維護、數(shù)據(jù)準確、參數(shù)設置簡單、操作方便，企業(yè)投入少量的資金對原有設備進行技術(shù)改造，使舊設備再生并獲得巨大的經(jīng)濟效益，同時可使舊設備升值，該系統(tǒng)適用性好、可移植性強，具有很好的推廣應用前景。

【參考文獻】

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關(guān)鍵詞：xPC 導彈電液伺服機構(gòu) 實時控制 數(shù)據(jù)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(gòu)是導彈姿態(tài)控制系統(tǒng)中的重要組成部分，也是導彈控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，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(tài)品質(zhì)，因此對導彈電液伺服機構(gòu)的研究就顯得尤為重要。由于導彈伺服機構(gòu)本身對控制系統(tǒng)實時性要求極高，采用傳統(tǒng)的Windows操作系統(tǒng)編程很難達到要求，而且存在著開發(fā)周期長、調(diào)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(nèi)核的方式來滿足系統(tǒng)對實時性的要求，并且具有開發(fā)周期短、價格低廉的優(yōu)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(chǎn)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(zhí)行所生產(chǎn)的代碼。目標PC機運行了一個高度緊縮型的實時操作內(nèi)核，該實時操作內(nèi)核采用了32位保護模式，用過RS232或TCP/IP連接方式來實現(xiàn)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(huán)境下創(chuàng)建控制程序文件，通過以太網(wǎng)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(zhí)行元件連接，接收各種傳感器信號并發(fā)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(shù)調(diào)節(jié)、數(shù)據(jù)的分析和處理等操作。

2、系統(tǒng)的組成

導彈電液伺服機構(gòu)實時測控系統(tǒng)主要有伺服機構(gòu)試驗平臺、硬件系統(tǒng)、信號調(diào)理模塊和軟件系統(tǒng)組成。伺服機構(gòu)試驗平臺包括臺體的機械結(jié)構(gòu)、電液伺服閥、雙出桿伺服油缸、油源和傳感器等；硬件系統(tǒng)包括普通臺式機、工業(yè)PC機以及數(shù)據(jù)采集卡等；信號調(diào)理模塊主要實現(xiàn)模擬和數(shù)字信號的調(diào)理；軟件系統(tǒng)包括Windows系統(tǒng)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(fā)。其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

該系統(tǒng)主要實現(xiàn)四個功能：一是數(shù)據(jù)的采集，即通過傳感器來實時的獲得伺服機構(gòu)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(jù)不同的誤差，計算出控制信號；三是信號的發(fā)生，把控制信號發(fā)給執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)負載的穩(wěn)定控制；四是輔助功能，實現(xiàn)觀察和監(jiān)視實驗、數(shù)據(jù)保存、在線參數(shù)調(diào)整等。

3、測控系統(tǒng)硬件和軟件設計

3.1 系統(tǒng)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(nèi)存，帶有PCI和ISA插槽，19寸液晶顯示器和網(wǎng)卡。宿主機采用普通臺式機。

試驗系統(tǒng)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(shù)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(shù)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(shù)器通道。與采集卡配套的接線端子板型號為PCLD-8712。

3.2 系統(tǒng)軟件

軟件系統(tǒng)是實時測控系統(tǒng)的重要組成部分，測控系統(tǒng)的性能往往在很大程度上取決于系統(tǒng)的軟件設計。本文開發(fā)的實時控制軟件運行在雙擊模式下：目標機運行xPC目標環(huán)境提供的實時操作內(nèi)核，實時控制系統(tǒng)的控制程序運行在該實時內(nèi)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(fā)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(nèi)核；二是開發(fā)實時控制程序，經(jīng)編譯轉(zhuǎn)為可執(zhí)行代碼；三是開發(fā)人機交互界面。本系統(tǒng)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(fā)I/O設備驅(qū)動。驅(qū)動模塊實現(xiàn)流程圖如圖3所示。

人機界面主要完成參數(shù)設置、數(shù)據(jù)顯示、分析和管理等，軟件結(jié)構(gòu)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(tǒng)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(xié)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(shù)。目標運行完成后，把相關(guān)數(shù)據(jù)上傳到主機進行分析，得到試驗數(shù)據(jù)曲線如圖7所示。

5、結(jié)語

利用Matlab xPC-Target開發(fā)導彈電液伺服機構(gòu)的實時測試控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對導彈電液伺服機構(gòu)的實時測量和實時控制，并能開展相關(guān)的科學試驗研究。該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：（1）基于xPC目標的實時測控系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的上、下位機實時測控系統(tǒng)相比，可以大大降低硬件成本，減小物理封裝；（2）開發(fā)人員不需要深入了解實時操作系統(tǒng)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(jié)約大量的代碼編寫與調(diào)試時間，使開發(fā)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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