基于發(fā)動(dòng)機(jī)性能虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　?。?）工作原理

　　發(fā)動(dòng)機(jī)性能虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)可在兩種工作模式運(yùn)行下：自動(dòng)工作模式和手動(dòng)工作模式，主要測(cè)試項(xiàng)目有：

　　1）發(fā)動(dòng)機(jī)壓力曲線 （油、水、氣的進(jìn)出口）。2） 發(fā)動(dòng)機(jī)溫度曲線 （油、水、氣的進(jìn)出口及環(huán)境）。3） 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速曲線。4） 發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩曲線。5） 發(fā)動(dòng)機(jī)功率曲線。6） 發(fā)動(dòng)機(jī)油耗曲線 。

　　自動(dòng)工作模式下，主控機(jī)首先等待用戶完成軟硬件的設(shè)置和配置。然后提請(qǐng)用戶選擇負(fù)載測(cè)試或定參數(shù)測(cè)試，負(fù)載測(cè)試下用戶需要設(shè)置負(fù)載曲線、負(fù)載時(shí)間、循環(huán)時(shí)間以及測(cè)試時(shí)間等測(cè)試參數(shù)；定參數(shù)測(cè)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(cè)試時(shí)間。完成以上步驟以后，就可以啟動(dòng)測(cè)試程序，測(cè)試系統(tǒng)即按照用戶制定的負(fù)載自動(dòng)加載同時(shí)完成對(duì)待測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能測(cè)試；或是通過(guò)一定的控制算法保持定標(biāo)參數(shù)的穩(wěn)定并對(duì)該狀態(tài)下的待測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試。系統(tǒng)運(yùn)行的同時(shí)，用戶可以在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖表中觀察各指標(biāo)參量對(duì)時(shí)間的波形顯示，經(jīng)過(guò)曲線擬合后得到發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線，并可將感興趣的圖表導(dǎo)出存盤(pán)。當(dāng)完成測(cè)試時(shí)間后，系統(tǒng)自動(dòng)終止測(cè)試。

　　手動(dòng)工作模式下，系統(tǒng)工作原理與自動(dòng)工作模式下基本類(lèi)似，只是系統(tǒng)不進(jìn)行循環(huán)測(cè)試，而是提供一種交互式的測(cè)試環(huán)境，完成指定的測(cè)試項(xiàng)目后，等待用戶的進(jìn)一步操作。

　　3 硬件結(jié)構(gòu)

　　發(fā)動(dòng)機(jī)性能虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)硬件組成框圖，如圖2所示。

　　圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)性能虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)硬件組成框圖

　?。?）主控機(jī)

　　主控機(jī)選用一臺(tái)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(shí)時(shí)測(cè)溫模塊和實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊。

　?。?）實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊

　　實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊選用NI cFP分布式I/O實(shí)時(shí)系統(tǒng)。作為工業(yè)級(jí)控制系統(tǒng)，cFP具備FIFO數(shù)據(jù)隊(duì)列、斷電數(shù)據(jù)緩存、看門(mén)狗狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(shí)時(shí)采集與控制的部分。

　?。?）實(shí)時(shí)測(cè)溫模塊

　　實(shí)時(shí)測(cè)溫模塊選用NI cFP分布式I/O實(shí)時(shí)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(cè)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(hào)調(diào)理、雙絕緣隔離、輸入噪聲過(guò)濾、冷端補(bǔ)償以及各種熱電偶的溫度算法，用于發(fā)動(dòng)機(jī)各待測(cè)溫度點(diǎn)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程共享，有利于對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

　　（4）測(cè)功機(jī)

　　測(cè)功機(jī)是根據(jù)作用力與反作用力平衡原理設(shè)計(jì)的。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)功機(jī)的定子受到的轉(zhuǎn)矩與被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩相等時(shí)，由單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)直接精準(zhǔn)地讀出被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩值。當(dāng)被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)帶著測(cè)功機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，若給測(cè)功機(jī)加入直流勵(lì)磁電壓，測(cè)功機(jī)中有磁場(chǎng)存在，此時(shí)測(cè)功機(jī)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(dòng)轉(zhuǎn)矩，同時(shí)測(cè)功機(jī)定子受到一個(gè)相反方向的轉(zhuǎn)矩作用，便在測(cè)功機(jī)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(hào)，從而即能測(cè)量出轉(zhuǎn)矩的大小。

　　發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量使用光電式轉(zhuǎn)速傳感器，測(cè)速分辨力高、慣性小、應(yīng)用廣泛，利用單片機(jī)和光電式傳感器相配合，使待測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速簡(jiǎn)便、抗干擾能力強(qiáng)。光電式傳感器在發(fā)動(dòng)機(jī)軸上裝一個(gè)邊緣有N個(gè)均勻分布鋸齒的圓盤(pán)，通過(guò)光線投射到光敏管上，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一周，就得到N個(gè)脈沖信號(hào)，測(cè)量脈沖信號(hào)的頻率或周期，就可得到發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

　?。?）控制機(jī)柜

　　控制機(jī)柜主要由控制開(kāi)關(guān)、開(kāi)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(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)連接，并提供安全的系統(tǒng)供電、信號(hào)隔離、幅度調(diào)節(jié)以及風(fēng)冷控制等輔助功能，為整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試系統(tǒng)提供強(qiáng)電支持及系統(tǒng)應(yīng)急措施。