基于發(fā)動機性能虛擬儀器測試系統(tǒng)設(shè)計

　?。?）工作原理

　　發(fā)動機性能虛擬儀器測試系統(tǒng)可在兩種工作模式運行下：自動工作模式和手動工作模式，主要測試項目有：

　　1）發(fā)動機壓力曲線 （油、水、氣的進出口）。2） 發(fā)動機溫度曲線 （油、水、氣的進出口及環(huán)境）。3） 發(fā)動機轉(zhuǎn)速曲線。4） 發(fā)動機扭矩曲線。5） 發(fā)動機功率曲線。6） 發(fā)動機油耗曲線 。

　　自動工作模式下，主控機首先等待用戶完成軟硬件的設(shè)置和配置。然后提請用戶選擇負載測試或定參數(shù)測試，負載測試下用戶需要設(shè)置負載曲線、負載時間、循環(huán)時間以及測試時間等測試參數(shù)；定參數(shù)測試下，用戶可以選擇指定扭矩、轉(zhuǎn)速或是功率，并設(shè)置相應(yīng)的定標(biāo)參數(shù)、控制參數(shù)以及測試時間。完成以上步驟以后，就可以啟動測試程序，測試系統(tǒng)即按照用戶制定的負載自動加載同時完成對待測發(fā)動機的性能測試；或是通過一定的控制算法保持定標(biāo)參數(shù)的穩(wěn)定并對該狀態(tài)下的待測發(fā)動機進行自動測試。系統(tǒng)運行的同時，用戶可以在實時監(jiān)測圖表中觀察各指標(biāo)參量對時間的波形顯示，經(jīng)過曲線擬合后得到發(fā)動機特性曲線，并可將感興趣的圖表導(dǎo)出存盤。當(dāng)完成測試時間后，系統(tǒng)自動終止測試。

　　手動工作模式下，系統(tǒng)工作原理與自動工作模式下基本類似，只是系統(tǒng)不進行循環(huán)測試，而是提供一種交互式的測試環(huán)境，完成指定的測試項目后，等待用戶的進一步操作。

　　3 硬件結(jié)構(gòu)

　　發(fā)動機性能虛擬儀器測試系統(tǒng)硬件組成框圖，如圖2所示。

　　圖2 發(fā)動機性能虛擬儀器測試系統(tǒng)硬件組成框圖

　　（1）主控機

　　主控機選用一臺DELL工作站，內(nèi)嵌了Intel Pentium 4 2.6G CPU，多功能數(shù)據(jù)采集卡和實時測溫模塊和實時監(jiān)控模塊。

　?。?）實時監(jiān)控模塊

　　實時監(jiān)控模塊選用NI cFP分布式I/O實時系統(tǒng)。作為工業(yè)級控制系統(tǒng)，cFP具備FIFO數(shù)據(jù)隊列、斷電數(shù)據(jù)緩存、看門狗狀態(tài)監(jiān)測以及高抗沖擊性和抗干擾性，是用于完成系統(tǒng)最核心的實時采集與控制的部分。

　?。?）實時測溫模塊

　　實時測溫模塊選用NI cFP分布式I/O實時系統(tǒng)。采用了cFP-2020控制器，配以4塊cFP TC-120 8通道熱電偶模塊，可直接用于測量標(biāo)準(zhǔn)J、K、T、N、R、S、E和B型熱電偶，并提供相應(yīng)的信號調(diào)理、雙絕緣隔離、輸入噪聲過濾、冷端補償以及各種熱電偶的溫度算法，用于發(fā)動機各待測溫度點的數(shù)據(jù)采樣，并利用分布式I/O的基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)共享功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程共享，有利于對工業(yè)現(xiàn)場實施遠程的實時監(jiān)控。

　　（4）測功機

　　測功機是根據(jù)作用力與反作用力平衡原理設(shè)計的。當(dāng)發(fā)動機測功機的定子受到的轉(zhuǎn)矩與被測發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩相等時，由單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)直接精準(zhǔn)地讀出被測發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩值。當(dāng)被測發(fā)動機旋轉(zhuǎn)帶著測功機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，若給測功機加入直流勵磁電壓，測功機中有磁場存在，此時測功機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)且切割磁力線產(chǎn)生電樞電流，電樞電流和磁通相互作用產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，同時測功機定子受到一個相反方向的轉(zhuǎn)矩作用，便在測功機傳感器軸上產(chǎn)生壓應(yīng)力，在正常工作范圍內(nèi)，壓應(yīng)力與傳感器軸所承受的轉(zhuǎn)矩成正比。如果在傳感器軸產(chǎn)生最大壓應(yīng)力方向上粘貼電阻應(yīng)變片，則應(yīng)變處的電阻值就隨著壓應(yīng)力的大小而變化，再將應(yīng)變片接入一定的橋式電路就能將壓應(yīng)力的變化轉(zhuǎn)化為電壓信號，從而即能測量出轉(zhuǎn)矩的大小。

　　發(fā)動機轉(zhuǎn)速的測量使用光電式轉(zhuǎn)速傳感器，測速分辨力高、慣性小、應(yīng)用廣泛，利用單片機和光電式傳感器相配合，使待測量發(fā)動機轉(zhuǎn)速簡便、抗干擾能力強。光電式傳感器在發(fā)動機軸上裝一個邊緣有N個均勻分布鋸齒的圓盤，通過光線投射到光敏管上，當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)動一周，就得到N個脈沖信號，測量脈沖信號的頻率或周期，就可得到發(fā)動機的轉(zhuǎn)速。

　　（5）控制機柜

　　控制機柜主要由控制開關(guān)、開關(guān)電源、濾波器以及連接線路組成，是為各路傳感模塊提供相應(yīng)的多路接口，使之與待測發(fā)動機連接，并提供安全的系統(tǒng)供電、信號隔離、幅度調(diào)節(jié)以及風(fēng)冷控制等輔助功能，為整個發(fā)動機測試系統(tǒng)提供強電支持及系統(tǒng)應(yīng)急措施。