楊群 譚亞

摘要：針對機械工程測試技術(shù)的特點，以測試汽車電動燃油泵的流量、壓力及轉(zhuǎn)速為例，分析了DASYLab虛擬測試軟件在機械工程測試中應(yīng)用的可行性.開發(fā)了一個基于DASYLab 在電動燃油泵測試分析中的應(yīng)用軟件。有極強的工程實用價值。

關(guān)鍵詞：流量;壓力;轉(zhuǎn)速測試;信號處理;誤差理論與數(shù)據(jù)處理

引言

對傳統(tǒng)測試儀器而言，盡管數(shù)字儀器和智能儀器提高了其測試與分析的性能，但仍不能改變其功能模式單一、手動操作、通道固定、系統(tǒng)封閉、人工讀數(shù)、占地空間大及開發(fā)和擴展費用高等諸多不足。相比于此，基于計算機技術(shù)的虛擬儀器能夠克服傳統(tǒng)儀器的上述諸多不足，并逐步在儀器制造和測試領(lǐng)域代替?zhèn)鹘y(tǒng)硬件式儀器。虛擬儀器素有“軟件即儀器”之稱，所以軟件設(shè)計就成為虛擬儀器的核心。

本文將虛擬儀器的概念引入到了汽車燃油泵功能測試中，利用DASYLab虛擬開發(fā)平臺設(shè)計了一套能夠完成自動采集、分析、處理、控制的在線測控系統(tǒng)。相比實現(xiàn)同樣功能的傳統(tǒng)儀表，利用DASYLab既能簡化系統(tǒng)組成又實現(xiàn)了專業(yè)的個性化設(shè)計。

DASYLab測試領(lǐng)域中的應(yīng)用

DASYLab虛擬測試軟件是一套高性能的數(shù)據(jù)采集、過程控制及系統(tǒng)分析軟件.它可以利用Microsoft Windows提供的全部有利的功能和圖形接口。

DASYLab的最突出的設(shè)計方案是它集成了市場上主要的控制設(shè)備，形成真正直觀操作環(huán)境來提供了豐富的幫助功能，最大的信號處理速度以及最有效的圖形顯示效果。使用DASYLab通過選擇和連接模塊元素，一個測試過程控制或模擬任務(wù)可以被直接設(shè)置在你的屏幕上，并可隨意安排，甚至高度專業(yè)化的任務(wù)也可在屏幕上立即解決，交互使用毫無困難。

基于DASYLab虛擬開發(fā)平臺的汽車電動燃油泵功能測試系統(tǒng)的設(shè)計

硬件設(shè)計

本系統(tǒng)采用霍爾元件感應(yīng)式采集電流信號，信號經(jīng)放大、標(biāo)定、真有效值計算即可保證測試精度。

壓力傳感器是測試系統(tǒng)中比較靠近燃油泵的元件之一，而且與燃油直接接觸，所以本系統(tǒng)選用GE Druck PTX7516型防爆油壓傳感器。

本系統(tǒng)選用Kral的OMX13型流量傳感器，由于此型傳感器采用旋轉(zhuǎn)感應(yīng)式測量原理，系統(tǒng)所獲取的信號為脈沖電壓式，需選配EEA41型絕緣放大器配合使用。

本系統(tǒng)利用燃油泵電機換向脈沖測量轉(zhuǎn)速。

對于油壓的控制，出于安全考慮，油泵測試區(qū)域應(yīng)盡量避免使用電子元件，所以本系統(tǒng)選用FESTO比例壓力調(diào)節(jié)閥+EM–Racing組合控制方式。

EM–Racing為比例壓力氣動閥，壓力閾值由輸入端氣體壓力決定。系統(tǒng)工作時由DASYLab控制D/A轉(zhuǎn)換器控制FESTO比例壓力閥輸出一定壓力的氣體以控制EM–Racing的壓力閾值，進而控制液壓系統(tǒng)的壓力值。

軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件部分的主要功能為系統(tǒng)標(biāo)定、誤差理論與數(shù)據(jù)處理、信號處理、PID閉環(huán)控制等環(huán)節(jié)。

測試程序 包括：信號采集模塊、標(biāo)定模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊、記錄模塊。

電壓、電流、壓力、流量信號采集到DASYLab中之后需要進行線性標(biāo)定，以使最終記錄的數(shù)據(jù)與實際值一致。

電壓、電流的標(biāo)定選用Fluke 289作為基準(zhǔn)源，壓力的標(biāo)定選用GE Pace 6000作為基準(zhǔn)源，流量的標(biāo)定選用BEM 500作為基準(zhǔn)源。為提高測試精度，各參數(shù)均采用17點標(biāo)定。

至于測試數(shù)據(jù)的處理，依據(jù)誤差理論，選用移動均方根算法，塊大小設(shè)為30000點，既能提高數(shù)據(jù)的精確度，又可保證數(shù)據(jù)顯示的實時性。

由于燃油泵電機的密封性，在測量電機轉(zhuǎn)速時只能采用非接觸式的檢測方法。燃油泵電機通常為換向式，換向過程中線圈磁場方向與定子磁極夾角不斷改變，n片換向器式轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周轉(zhuǎn)矩脈動n次，從而轉(zhuǎn)子線圈電流波動n次，因此本系統(tǒng)利用此原理，采用電感元件感應(yīng)燃油泵電流波動。

控制程序 為了縮短測試時間，提高調(diào)節(jié)精度，本系統(tǒng)采用PID閉環(huán)控制調(diào)節(jié)油壓值。

由于液壓系統(tǒng)有較大的時滯效應(yīng)，D環(huán)的調(diào)解會受到較大的影響，易使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，所以本方案中將擯棄D環(huán)。實驗結(jié)果證明僅采用P、I環(huán)的壓控系統(tǒng)有較高的穩(wěn)定性、精度和較短的調(diào)節(jié)時間。

測試人機界面

上排從左至右依次為：管路1壓力/流量、管路2壓力/流量、轉(zhuǎn)速、測速工況序號、換向器階數(shù)、手動轉(zhuǎn)速校準(zhǔn)。

中排從左至右依次為：壓力曲線、轉(zhuǎn)速信號處理曲線、測速工況手調(diào)。

下排從左至右依次為：記錄列表、記錄使能按鈕、程序開關(guān)。

系統(tǒng)調(diào)試

系統(tǒng)的調(diào)試采用精度更高的儀器作為基準(zhǔn)源，將基準(zhǔn)源與本系統(tǒng)整合在同一回路中，比對本系統(tǒng)與基準(zhǔn)源的測試結(jié)果。

實驗結(jié)果表明本系統(tǒng)擁有較高的精度，同時也證明以虛擬儀器作為開發(fā)平臺具備很好的可靠性。

結(jié)束語

Dasylab 應(yīng)用于機械工程測試技術(shù)中，是一種新型先進的、實驗方法，其虛實結(jié)合的測試過程、實驗特色，將使機械工程測試的發(fā)展改革更加深入，更加完善;對工程領(lǐng)域，能快速計算、模擬仿真，提高工作效率，應(yīng)用前景廣闊.

參考文獻

劉經(jīng)燕.測試技術(shù)及應(yīng)用[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社，2001.

曹玲芝，等.現(xiàn)代測試技術(shù)及虛擬儀器[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.