基于NI LabVIEW 7.1和NI-DAQmx的F1賽車彎角器和剎車測力計

　   應(yīng)用領(lǐng)域：

　    汽車

　　挑戰(zhàn)：

　　打造一種全新的可以適應(yīng)一級方程式賽車的高速度和加速度水平的測力計并且在實(shí)際的車輪和懸掛的組裝中完成這些測試。

　　應(yīng)用方案：

　　新的系統(tǒng)將基于一臺工業(yè)用奔騰4 HT 3.2g赫茲，內(nèi)存達(dá)到1GB的計算機(jī)， 使用的是NI數(shù)據(jù)采集和控制卡，軟件的編譯都是通過在LabVIEW圖形化編程環(huán)境中來實(shí)現(xiàn)。

　　使用的產(chǎn)品：

　　數(shù)據(jù)采集(DAQ)，LabVIEW，動態(tài)控制，PXI/CompactPCI

　　30多年來，AP Racing在制動鉗和賽車離合器的技術(shù)和生產(chǎn)上一直處于世界領(lǐng)先水平。AP Racing在不斷超越現(xiàn)有產(chǎn)品的過程中得出這樣的結(jié)論，如果一種新的測力計具備了下列能力，它將具有非常明顯的優(yōu)勢：

　　*它能夠?qū)υO(shè)備安裝和在實(shí)際的車輪和懸掛組裝過程中測試剎車和剎車鉗。

　　*它具備足夠的動力準(zhǔn)確地模擬一級方程式賽車的速度和加速度。

　　*它可以模擬剎車鉗周圍的空氣流動并且能夠通過不同的管道設(shè)計對于空氣流動進(jìn)行研究。

　　*它可以導(dǎo)入剎車情況和加速度情況的跟蹤數(shù)據(jù)。

　　由于AP Racing有著非常強(qiáng)的設(shè)計能力， 他們決定在場地內(nèi)建造該設(shè)備，這將有益于降低成本和更好地控制系統(tǒng)性能。對于軟件和電子控制系統(tǒng)，AP Racing選擇了我們根據(jù)自己在該領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)開發(fā)的計算機(jī)控制解決方案(CCS)和一系列我們先前成功用于AP Racing維護(hù)的測試機(jī)械。

　　該系統(tǒng)基于一臺工業(yè)電腦，它擁有奔騰4 HT 3.2赫茲，1GB內(nèi)存和下列采集卡：

　　*PCI-DIO-96提供96位輸入輸出

　　*PCI-6033E提供8位和64類比輸入

　　*PCI-7344四軸控制器

　　我們通過各種信號調(diào)理裝置連接這些板卡,用以控制和測量如下系統(tǒng)環(huán)節(jié)

　　*288千瓦轉(zhuǎn)換器

　　*240 kph流入空氣流動控制

　　*為剎車壓力而應(yīng)用的液壓伺服控制系統(tǒng)

　　*扭矩、溫度、紅外線溫度、壓力和速度的度量

　　*用來控制機(jī)械平面的轉(zhuǎn)換器

　　*水冷卻和監(jiān)控

　　*散熱和監(jiān)控

　　*盤載電容和置換

　　我們完全在LabVIEW圖形化編程環(huán)境中編寫軟件。主要的設(shè)計元素有下面這些：

　　*直觀性: 我們把設(shè)計過程各種功能集中到主菜單里，這樣操作者可以逐項(xiàng)查找所有的輸入輸出，建立測試，運(yùn)行測試,分析數(shù)據(jù)。還有一個簡化了的菜單選項(xiàng)也把這個界面變成了一個可以運(yùn)行設(shè)計前測試的基本窗體。

　　*校準(zhǔn)屏：我們充分利用了TFT雙顯示器，設(shè)計出了校準(zhǔn)屏從而在左屏提供了表格化的所有輸入輸出的顯示。這些表格對于校驗(yàn)工程師察看和檢查輸入和輸出來說是再好不過的了。右邊的屏幕包括了一個完整的設(shè)備模仿圖，對于識別變頻器和控制器的位置而言是非常有用的。

　　*模塊化，便于測試開發(fā)：我們把一個測試的每一個方面細(xì)分到每一個模塊中 (例如，應(yīng)用剎車、轉(zhuǎn)到速度、循環(huán)、采集開始和停止)。用戶可以通過將這些模塊加到一個簡單的列表中，從而建立整個測試組件。

　　*直觀的運(yùn)行屏幕：利用LabVIEW的速度優(yōu)勢，我們得以展現(xiàn)整個運(yùn)行屏幕，標(biāo)出測試的位置，模擬圖，雙翻頁顯示和狀態(tài)信息。

　　使用最新版的LabVIEW和NI-DAQmx控制

　　在最后的系統(tǒng)開發(fā)過程中，NI發(fā)布了LabVIEW 7.1和NI-DAQmx。在研究了這個軟件之后，我們決定升級至最新版本的系統(tǒng)，因?yàn)檫@一最新版系統(tǒng)帶來幾項(xiàng)重要優(yōu)勢,具體如下：

　　*平穩(wěn)便捷的LabVIEW版本升級：在該產(chǎn)品發(fā)布前，我們協(xié)助了測試版的調(diào)試，這讓我們對該產(chǎn)品有了最初的信心。我們也發(fā)現(xiàn)新發(fā)布的產(chǎn)品非常穩(wěn)定也更易于升級。

　　*高速數(shù)據(jù)采集：系統(tǒng)的設(shè)計能力包括連續(xù)存盤和顯示模擬圖和圖表的控制，它被顯示在兩個屏幕上，數(shù)據(jù)變化的速率是每個頻道2千赫茲。通過NI-DAQmx代碼的實(shí)施，我們看到數(shù)據(jù)采集速率上升了大約5倍，因此，我們給系統(tǒng)騰出運(yùn)行空間來實(shí)現(xiàn)更多的實(shí)時控制和顯示。

　　*非線性采集：通過使用NI-DAQmx，我們自動地為紅外線溫度變頻器應(yīng)用了一組非線性采集，這樣避免了后期處理并且得以實(shí)時顯示這些線性化的頻道。

　　*安裝屏實(shí)施：我們使用了最新實(shí)施的安裝屏，在主運(yùn)行屏幕上的安裝屏上顯示出測試中每一個特定點(diǎn)的狀態(tài)。我們所體驗(yàn)到的一個優(yōu)勢是它的主屏幕一直是焦點(diǎn)所在，所以當(dāng)我們運(yùn)行安裝屏的時候，終止按鈕始終處于活動狀態(tài)。

　　設(shè)計的挑戰(zhàn)：高速獨(dú)立的閉環(huán)控制

　　系統(tǒng)要求下列閉環(huán)控制：

　　*扭矩控制：控制所應(yīng)用的剎車扭矩以符合實(shí)際狀況、一般水平和速度所依賴的水平。

　　*壓力控制：控制剎車所承受的壓力以符合實(shí)際狀況、一般水平和速度所依賴的水平。

　　*在管道中和基于剎車的速度輸出情況下模擬空氣流動

　　*速度控制：機(jī)動反向器控制

　　對于這項(xiàng)應(yīng)用，有著各種各樣的相似物或DSP解決方案的伺服控制卡。然而，我們發(fā)現(xiàn)NI四軸線動態(tài)控制器完全適應(yīng)這一系統(tǒng)，該方案達(dá)到這一最佳效果主要原因如下：

　　*它是在LabVIEW環(huán)境中完全受到控制的：從一個軟件維護(hù)的角度來講這是非常重要的，因?yàn)樗苊饬送瑫r存在其他軟件產(chǎn)品和關(guān)聯(lián)的代碼庫而產(chǎn)生的版本控制問題和額外安裝所帶來的不便。

　　*低成本：對比其他DSP實(shí)施或伺服控制器，性價比是無與倫比的。

　　*它擁有高的PID環(huán)路速率：高達(dá)16千赫茲的PID環(huán)路速率確保了PID控制由一些宏命令組成，比一些一般的控制器更易于控制，從而提供了非常流暢的機(jī)械活動和控制。