基于Labview平臺(tái)車載電磁閥自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4 軟件設(shè)計(jì)

　　測(cè)試軟件采用Labview8.6編寫^[6]，為提高測(cè)試系統(tǒng)的靈活性和通用性，程序采用模塊化的設(shè)計(jì)模式，將測(cè)試系統(tǒng)按功能劃分為數(shù)個(gè)模塊：初始化模塊、測(cè)試選擇模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、后期處理模塊。其中初始化模塊主要完成系統(tǒng)測(cè)控板卡參數(shù)配置;測(cè)試選擇模塊主要完成流量閥和壓力閥靜態(tài)測(cè)試、動(dòng)態(tài)測(cè)試和閉環(huán)測(cè)試，為每一種測(cè)試設(shè)計(jì)一個(gè)子界面，方便用戶在前面板進(jìn)行選擇;數(shù)據(jù)處理模塊主要完成信號(hào)發(fā)生器，數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理功能;后期處理模塊主要完成測(cè)試數(shù)據(jù)的保存、打印和報(bào)表輸出功能。圖6是系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖。

　　計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)利用Labview強(qiáng)大的信號(hào)分析處理功能^[2]，通過(guò)測(cè)試板卡的D/A接口，編程實(shí)現(xiàn)虛擬信號(hào)發(fā)生器，輸出波形可選、頻率、相位、幅值可調(diào)的連續(xù)波形;通過(guò)測(cè)試板卡的A/D接口，采集電磁閥測(cè)試過(guò)程中的線圈電流、流量和壓力等特性信號(hào)，進(jìn)行數(shù)字濾波、曲線擬合、特性曲線繪制、參數(shù)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)其特性分析。

　　本測(cè)試系統(tǒng)中，測(cè)試軟件編程主要包括激勵(lì)信號(hào)的產(chǎn)生、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的分析及處理、繪圖輸出、數(shù)字濾波、曲線擬合等幾部分功能組成。下面介紹系統(tǒng)中包含的幾種關(guān)鍵軟件的程序設(shè)計(jì)。

4.1 信號(hào)的采集

　　在電液電磁閥靜態(tài)試驗(yàn)中，要對(duì)電磁閥的電流，壓力和流量等參數(shù)進(jìn)行采集，因此數(shù)據(jù)采集是測(cè)試軟件編程的重要部分。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集主要是對(duì)模擬信號(hào)的采集，圖7是信號(hào)采集程序框圖。

4.2 數(shù)字濾波

　　測(cè)試系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所工作的現(xiàn)場(chǎng)，有很多干擾信號(hào)，有時(shí)幅度很大，這些干擾信號(hào)影響到到測(cè)量精度和測(cè)量的可靠性，必須將它濾除。大部分?jǐn)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)會(huì)不同程度受到電源線等50Hz的噪聲干擾，大多數(shù)信號(hào)調(diào)理設(shè)備都包含低通濾波器，能最大限度地消除50Hz或60Hz的噪聲。

　　設(shè)h(n)，n=0，1，2，…是濾波器的沖擊響應(yīng)。一個(gè)線性時(shí)不變?yōu)V波器若對(duì)n≥N(N為正整數(shù))，有h(n)=0，則稱其為有限沖擊響應(yīng)濾波器(FIR)，否則稱之為無(wú)限沖擊濾波器(ⅡR)。有限沖擊響應(yīng)濾波器總是穩(wěn)定的，設(shè)計(jì)方法較多，但是效率不高，定義困難。ⅡR濾波器的設(shè)計(jì)源于傳統(tǒng)的模擬濾波器設(shè)計(jì)，可以通過(guò)對(duì)低通模擬濾波器進(jìn)行模擬頻率變換得到ⅡR濾波器。通常ⅡR濾波器有巴特沃斯濾波器、切比雪夫?yàn)V波器、橢圓濾波器、貝塞爾濾波器等。

　　巴特沃斯濾波器的優(yōu)點(diǎn)是具有平滑的單調(diào)遞減的頻率響應(yīng)，在通帶中是理想的單位響應(yīng)，在阻帶中響應(yīng)為零，在截?cái)囝l率處有3 dB衰減，高階巴特沃斯濾波器的頻率響應(yīng)近似于理想低通濾波器。本系統(tǒng)中采用的是巴特沃斯低通濾波器，圖8是巴特沃斯低通濾波器程序框圖。

4.3 曲線擬合

　　電磁閥的很多測(cè)試項(xiàng)目需要計(jì)算特性參數(shù)，由于實(shí)際誤差的存在，計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)往往不是理論函數(shù)的表達(dá)，這就需要將測(cè)試的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值處理，使得繪制曲線以吻合平滑曲線，從而準(zhǔn)確求取特性參數(shù)。以電磁閥零偏參數(shù)的計(jì)算方法為例，首先介紹名義流量曲線的概念，名義流量曲線是流量回線的中點(diǎn)軌跡。零偏是名義流量曲線與零流量軸線交點(diǎn)的電流值。本系統(tǒng)中零偏的程序?qū)崿F(xiàn)是：首先對(duì)計(jì)算機(jī)采集的流量數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)進(jìn)行分段插值，利用插值函數(shù)求取名義流量曲線，但是此時(shí)得取的只是名義流量曲線上一些離散的數(shù)據(jù)點(diǎn)，并無(wú)法計(jì)算出此名義流量曲線與零流量軸線交點(diǎn)的電流值，利用Labview曲線擬合程序中的基于最小絕對(duì)殘差的直線擬合方法擬合出名義流量曲線，進(jìn)而求取此曲線與零流量軸線交點(diǎn)的電流值，即零偏值。圖9是曲線擬合程序框圖。

5 測(cè)試結(jié)果分析

　　圖10是某一型號(hào)汽車變速箱流量閥靜態(tài)測(cè)試和閉環(huán)測(cè)試曲線圖，最后輸出的報(bào)表圖形將加入計(jì)算的參數(shù)值，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的范圍給出合格與否的判定結(jié)果。圖10中流量-電流測(cè)試曲線中的虛線為預(yù)先設(shè)定的曲線界定范圍，可使用戶一目了然的對(duì)曲線做出整體判斷。從圖10中可以看到本文設(shè)計(jì)的電磁閥自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，在測(cè)試精度，測(cè)量方式上都滿足實(shí)際要求，并得到了良好的應(yīng)用。

6 結(jié)論

　　本文所述的電磁閥自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，采用模塊化設(shè)計(jì)的方法對(duì)硬件和軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)汽車變速箱用流量、壓力電磁閥的靜態(tài)特性測(cè)試，動(dòng)態(tài)特性測(cè)試和閉環(huán)特性測(cè)試。模塊化的軟硬件設(shè)計(jì)方式，根據(jù)不同的測(cè)試需求設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件模塊和硬件模塊，方便日后系統(tǒng)的擴(kuò)展，縮短研發(fā)周期，對(duì)于同類型電磁閥測(cè)試系統(tǒng)的研制具有很好的借鑒價(jià)值。該系統(tǒng)至今投入使用一年多，參與多套電磁閥的測(cè)試任務(wù)，收到了良好的效果。

參考文獻(xiàn)：

　　[1]郭北濤,柳洪義,曹陽(yáng),羅忠,王菲.基于虛擬儀器技術(shù)的電磁閥綜合特性測(cè)控系統(tǒng)[J].儀器儀表學(xué)報(bào),2010,31(2):293-297

　　[2]王永華,劉霞麗,江豪.基于LabVIEW的電磁閥動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性測(cè)試系統(tǒng)[J].儀器儀表裝置,2011(3):16-19

　　[3]張冬明,陶國(guó)良.基于模塊化氣動(dòng)元件性能測(cè)試平臺(tái)開發(fā)[J].液壓與氣動(dòng),2010(10):78-80

　　[4]秦玲.基于功率運(yùn)算放大器的恒流源技術(shù)研究[D].中國(guó)工程物理研究院碩士論文,2007

　　[5]謝珺耀,于海波.LEM電流傳感器的應(yīng)用探討[J].電子工業(yè)專用設(shè)備,2010,(180):50-54

　　[6]楊樂(lè)平,李海濤等.LabVIEW高級(jí)程序設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社,2003