試論沖擊機械性能微機測控系統設計研究

300192 天津市計量監督檢測科學研究院 天津|王衛

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試論沖擊機械性能微機測控系統設計研究

300192 天津市計量監督檢測科學研究院 天津|王衛

本文針對實際工況下沖擊機械沖擊隨動系統多參數同步測試、測控過程復雜、面對較多干擾因素的特點，對之采取“并行測試”的辦法，研究了微機控制為基礎的輔助測控系統，從軟硬件兩個層面上對其間的各種動態測試問題加以解決。液壓沖擊機械；沖擊性能參數；測控硬件

沖擊性能試驗系統

a測量原理

在沖擊機構性能評價參數這一體系中，一定壓力下沖擊件運動頻率（f）和沖擊能量（E）是最為重要的數據。所謂“沖擊能”指的是每沖擊一次所獲得的能量；在運動速度和沖擊件質量分別以為m和νm表示時，其計算公式為E=1/2mνm

2。由此可見，只要對單次沖擊運動（沖擊間）距離加以檢測，便可得到運動速度，借助于f（同步測量所得）而獲得P=Ef這一沖擊功率。若沖擊行程不變的話，沖擊流量、沖擊壓力便是主要的系統沖擊能隨機影響條件因素。將之和各種參數測試相互結合，便可獲得沖擊機械工作能力的分析和評價。

b測量方法

作為“隨動系統”的液壓沖擊運動系統，其沖擊件運動速度、沖擊頻率、流量、壓力等動態參量都是連續的，應在沖擊機械運動階段進行測試，其間需要連續并行測試、記錄、采樣，然而傳統測試多為脫機處理數據、單獨測量參數、間斷采樣；為保證數據真實，需要并行測量設備運行時的現場各參數，在實驗活動中，也應對現場運動環境加以盡可能模擬，從而提出“在線測試”的辦法和以微機控制為基礎的測試思想。

以光電位移微分非接觸方法設置測試系統，運動件則以專用閥操縱，以測量沖擊件尾部測桿行程得到其運動位移，對沖擊速度采取微分儀測量。其他參數均以傳感器測量完成，并且借助微機采集、處理數據。

微機測量系統設計

a微機測試系統

以PISR閉環控制（目標參數已選定）。借助于測試通道、外部設備等模塊對以下要求加以滿足且自動實現：①測試條件規范化，設定測控變量和參數的活動在試驗中。②自動完成和檢測PISR閉環控制，標定和調試主要參數，對結果加以隨機顯示和自動測定。③能夠開展出廠和沖擊性能型等方面的試驗。④按所需自動生成圖形和報告等。

b系統軟件

軟件結構：系統正常工作的前提在于軟硬件系統的合理，在軟件設計方面，考慮到其工作的復雜性而采取“逐層模塊”形式的程序。在其間主要兩個系統程序在于主調度和分系統測試。前者作用為：①按需調用相應模塊；②建立“自穩零條件”；③初始化測試系統等。后者則采用相對獨立、各自實現一個完整功能的各種模塊來綜合檢測各內容；在獲得了主程序調用之后，再按目的加以初始化，自動完成相關數據的建立，并按所需完成測試并進行后期處理。按功能，可將系統軟件劃分為3種模塊，從而在主程序調用之下實現完整功能。

系統集合模塊：這一模塊具備完整功能，在系統中對其有相應的按測試功能劃分的設計；由若干基礎、功能模塊共同構成，在實驗中，主程序調用之后可以開展一系列動態采樣、參數標定、參數采樣、檢測之類活動。

系統功能模塊：作為軟件“核心”。其主要借助于某一基礎模塊的調用來對獨立功能加以完成，而主調程序又可對其加以調用，即其是軟件中間層次的一個“程序模塊體”；且其自身同樣可以對一些測試要求加以獨立完成。按照測試目標，其總共有13個程序模塊。是功能模塊的初始化狀態。其一經調用，便能夠按閾值條件控制測控系統油溫，并可以輸入各方面參數。

系統基礎模塊：該模塊數量最多，位居軟件體最底層，職能單一，只能被兩類上層模塊調用。在系統中類型較多，包括繪圖和報告打印、坐標設定、參數顯示和打印、采樣控制、參數采樣設定、測控初始化之類。數字采樣模塊。在調用后即可完成相應功能。

軟件特點：由于沖擊機械的測試內容較多且處于動態更新中，本系統“逐層軟件模塊化”在此方面優越性明顯：①各層模塊不向上層調用，顯得條理清晰、結構簡潔。②可單獨調試、設計模塊，故而更加容易修改和擴充，以組成新模塊或更改功能，提升系統靈活性。③很多模塊具通用性，可加以系列化、通用化。

c系統硬件

主機及控制接口硬件：因為測控系統“工作環境”位于工業現場，干擾因素和測控參數眾多，故而以改進后的工控機作為系統核心，省略了很多接口，采取測試控制通道來進行數據處理。

測控通道：為有效提升各個信息變換“薄弱環節”的可靠性和精確度。設計中應用了“磁電兼容”這一理論，采用高階有緣濾波器、整機電源系統等以降低干擾。以“模塊化設計”處理測控通道硬件，由6類新型測控硬件模塊構成。其借助于控制器、二階網絡、各接口等采集和交互參數信號數據。同時形成“線性光耦模塊”設計，以其處理系統模/數信號（D/A），使之輸出電路負載減輕，系統可靠性得以提升。以數字控制模塊設置于I/O接口出口處，從而控制其和各數字采集通道間關系。并以蝸輪流量傳感器對系統流量加以檢測的形式保證數字采樣規范性；以壓力傳感器和橋路信息模塊完成采集和交換壓力信號的活動。

參考：

［1］黃菁，劉青春.DSP與AD轉換器的接口電路設計［J］.電子技術，2012（04）

［2］董大明，方勇華，熊偉.基于DSP系統的增強型JTAG接口［J］.計算機工程，2010（08）