试论冲击机械性能微机测控系统设计研究

300192 天津市计量监督检测科学研究院 天津|王卫



试论冲击机械性能微机测控系统设计研究

300192 天津市计量监督检测科学研究院 天津|王卫

本文针对实际工况下冲击机械冲击随动系统多参数同步测试、测控过程复杂、面对较多干扰因素的特点，对之采取“并行测试”的办法，研究了微机控制为基础的辅助测控系统，从软硬件两个层面上对其间的各种动态测试问题加以解决。液压冲击机械；冲击性能参数；测控硬件

冲击性能试验系统

a测量原理

在冲击机构性能评价参数这一体系中，一定压力下冲击件运动频率（f）和冲击能量（E）是最为重要的数据。所谓“冲击能”指的是每冲击一次所获得的能量；在运动速度和冲击件质量分别以为m和νm表示时，其计算公式为E=1/2mνm

2。由此可见，只要对单次冲击运动（冲击间）距离加以检测，便可得到运动速度，借助于f（同步测量所得）而获得P=Ef这一冲击功率。若冲击行程不变的话，冲击流量、冲击压力便是主要的系统冲击能随机影响条件因素。将之和各种参数测试相互结合，便可获得冲击机械工作能力的分析和评价。

b测量方法

作为“随动系统”的液压冲击运动系统，其冲击件运动速度、冲击频率、流量、压力等动态参量都是连续的，应在冲击机械运动阶段进行测试，其间需要连续并行测试、记录、采样，然而传统测试多为脱机处理数据、单独测量参数、间断采样；为保证数据真实，需要并行测量设备运行时的现场各参数，在实验活动中，也应对现场运动环境加以尽可能模拟，从而提出“在线测试”的办法和以微机控制为基础的测试思想。

以光电位移微分非接触方法设置测试系统，运动件则以专用阀操纵，以测量冲击件尾部测杆行程得到其运动位移，对冲击速度采取微分仪测量。其他参数均以传感器测量完成，并且借助微机采集、处理数据。

微机测量系统设计

a微机测试系统

以PISR闭环控制（目标参数已选定）。借助于测试通道、外部设备等模块对以下要求加以满足且自动实现：①测试条件规范化，设定测控变量和参数的活动在试验中。②自动完成和检测PISR闭环控制，标定和调试主要参数，对结果加以随机显示和自动测定。③能够开展出厂和冲击性能型等方面的试验。④按所需自动生成图形和报告等。

b系统软件

软件结构：系统正常工作的前提在于软硬件系统的合理，在软件设计方面，考虑到其工作的复杂性而采取“逐层模块”形式的程序。在其间主要两个系统程序在于主调度和分系统测试。前者作用为：①按需调用相应模块；②建立“自稳零条件”；③初始化测试系统等。后者则采用相对独立、各自实现一个完整功能的各种模块来综合检测各内容；在获得了主程序调用之后，再按目的加以初始化，自动完成相关数据的建立，并按所需完成测试并进行后期处理。按功能，可将系统软件划分为3种模块，从而在主程序调用之下实现完整功能。

系统集合模块：这一模块具备完整功能，在系统中对其有相应的按测试功能划分的设计；由若干基础、功能模块共同构成，在实验中，主程序调用之后可以开展一系列动态采样、参数标定、参数采样、检测之类活动。

系统功能模块：作为软件“核心”。其主要借助于某一基础模块的调用来对独立功能加以完成，而主调程序又可对其加以调用，即其是软件中间层次的一个“程序模块体”；且其自身同样可以对一些测试要求加以独立完成。按照测试目标，其总共有13个程序模块。是功能模块的初始化状态。其一经调用，便能够按阈值条件控制测控系统油温，并可以输入各方面参数。

系统基础模块：该模块数量最多，位居软件体最底层，职能单一，只能被两类上层模块调用。在系统中类型较多，包括绘图和报告打印、坐标设定、参数显示和打印、采样控制、参数采样设定、测控初始化之类。数字采样模块。在调用后即可完成相应功能。

软件特点：由于冲击机械的测试内容较多且处于动态更新中，本系统“逐层软件模块化”在此方面优越性明显：①各层模块不向上层调用，显得条理清晰、结构简洁。②可单独调试、设计模块，故而更加容易修改和扩充，以组成新模块或更改功能，提升系统灵活性。③很多模块具通用性，可加以系列化、通用化。

c系统硬件

主机及控制接口硬件：因为测控系统“工作环境”位于工业现场，干扰因素和测控参数众多，故而以改进后的工控机作为系统核心，省略了很多接口，采取测试控制通道来进行数据处理。

测控通道：为有效提升各个信息变换“薄弱环节”的可靠性和精确度。设计中应用了“磁电兼容”这一理论，采用高阶有缘滤波器、整机电源系统等以降低干扰。以“模块化设计”处理测控通道硬件，由6类新型测控硬件模块构成。其借助于控制器、二阶网络、各接口等采集和交互参数信号数据。同时形成“线性光耦模块”设计，以其处理系统模/数信号（D/A），使之输出电路负载减轻，系统可靠性得以提升。以数字控制模块设置于I/O接口出口处，从而控制其和各数字采集通道间关系。并以蜗轮流量传感器对系统流量加以检测的形式保证数字采样规范性；以压力传感器和桥路信息模块完成采集和交换压力信号的活动。

参考：

［1］黄菁，刘青春.DSP与AD转换器的接口电路设计［J］.电子技术，2012（04）

［2］董大明，方勇华，熊伟.基于DSP系统的增强型JTAG接口［J］.计算机工程，2010（08）