基于虚拟仪器的动力装置实验台测控系统研究

　　作为一种动力装置研究性试验台的测试与控制系统,其重要性不言而喻,它具有比实际系统更加全面详尽地监测整个动力装置,此外在系统设计上要求能够方便地修改控制策略,以满足试验需求。传统的测控系统主要存在以下一些问题:硬件方面设计较为简单分散,没有形成完整的系统,控制与测试分离;监控参数不完整,温度、压力、燃油流量、负荷等参数未进入计算机,实验时人员工作量较大;数据后处理工作量大。虚拟仪器技术是计算机发展的产物,分为虚拟加工、虚拟测试、虚拟控制及各种虚拟环境模拟。虚拟仪器(virtual instrument)是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。这种结合大概有两种方式,一种是将计算机装入仪器,其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小,这类仪器功能也越来越强大,目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机,以通用的计算机硬件及操作系统为依托,实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。

　　虚拟仪器的主要特点有:首先尽可能采用通用的硬件,各种仪器的差异主要是软件。其次可充分发挥计算机的能力,有强大的数据处理功能,可以创造出功能更强的仪器。再者用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内,LabVIEW是使用较为广泛的计算机语言。

　　1　实验台测量控制参数

　　1. 1　转速测量

　　对于柴燃联合动力装置中转速的测量相当重要,因为三S离合器的啮合、脱开运动是由于主、从动件(输入、输出)转速差引起的,因而柴油机、燃气轮机和输出轴的转速是非常重要的参数。对于监控系统而言,准确地测量并纪录这些转速,尤其是主机切换时的转速,对于实验研究是非常必要和重要的。转速信号的拾取,就是将非电量瞬时转速信号转化为电量瞬时转速信号,这由转速传感器来完成。转速的测量采用SZMB25型磁电式转速传感器,能将转角位移转换成电信号供计数器计数,非接触就能测量各种导磁材料如齿轮的转速及线速度。转速测量原理如图1所示。

　　磁电式转速传感器通常安装于邻近旋转轮的固定支架上,传感器与旋转轮齿之间保持很小间隙(约1mm左右)。当旋转轮随被测轴转动时,旋转轮上的每一个齿转过转速传感器的瞬间,工作气隙变化一次(磁路的磁阻变化一次),磁通量变化一次,感应电动势大小变化一次,传感器便送出一个电脉冲信号,脉冲电压信号的频率同柴油机转速及旋转轮齿数有关,即:f=z·n /60,式中,f为输出脉冲频率(Hz);z为旋转轮齿数;n为柴油机转速(r/min)。转速传感器出来的信号分成两路,一路直接接控制台上的XJP202B转速数字显示仪,另一路经过放大整形及频率-电压转换后进入PCL2818L模拟量输入板由工控机采集。转速测量系统原理如图2所示。