基于發動機性能虛擬儀器測試系統設計

　　4 軟件結構及算法

　　（1）軟件結構

　　發動機性能虛擬儀器測試系統總體采用一種基于TCP/IP協議的客戶機/服務器（CS）結構。服務器架構為NI cFP分布式I/O體系，利用其內嵌的獨立式實時系統實現目標參量的信號采樣，并完成對目標參量的實時監測和控制；客戶機則采用通用的PC機結構，運行Windows 多線程操作系統，使用LabVIEW虛擬儀器平臺，借助TCP/IP協議實現，與服務器之間控制參量及檢測數據的通信，并提供GUI圖形化用戶界面，實現人機交互，完成控制參數的輸入，以及檢測數據的分析、運算和圖表顯示。

　　系統操作流程為，上電后服務器自動啟動存儲器中內建的LabVIEW RT實時程序，并實時偵聽客戶機“開始測試”的命令；客戶機開機運行發動機性能虛擬儀器測試主程序，完成用戶登錄、硬件配置、選擇測試項目、設置測試參數后，啟動測試程序；服務器偵聽到客戶端“開始測試”命令后，按照客戶制定的硬件配置、測試項目以及測試參數開始實時控制與數據采集，并通過TCP/IP協議將實驗數據發送給客戶機；客戶機發出PID控制命令，并對服務器發送的實驗數據進行分析處理，完成PID控制后，按照測試項目進行測試，分析處理測試數據，并以圖表方式顯示實驗結果；完成測試后，客戶機發出結束測試的命令，經服務器接收確認后，結束測試。

　　（2）PID控制算法

　　本系統試驗了3種PID控制算法：位置式PID控制算法、增量式PID控制算法和積分分離PID控制算法。

　　1） 位置式PID控制算法

　　該算法的優點是原理簡單，只是將經典的PID算法理論離散化，運用于計算機輔助測量，結構簡單易于實現；缺點是每次輸出均與過去的狀態有關，計算時要對e（k）進行累加，計算機運算工作量大；而且，因為計算機輸出的u（k）對應的是執行機構的實際位置，如計算機出現故障，u（k）的大幅度變化會引起執行機構位置的大幅度變化。

　　2） 增量式PID控制算法

　　該算法的優點是，由于計算機輸出增量，誤動作時影響小，必要時可以用邏輯判斷的方法去掉；手動/自動切換時沖擊小，便于實現無擾動切換，此外當計算機發生故障時，由于輸出通道或執行裝置具有信號的鎖存作用，故仍能保持原值；算式中不需要累加。控制增量Δu（k）的確定，僅與最近k次的采樣值有關，所以較容易通過加權處理而獲得比較好的控制效果。增量式控制也有不足之處：積分截斷效應大，有靜態誤差；溢出的影響大。

　　3）積分分離PID控制算法

　　5 結 論

　　該發動機性能虛擬儀器測試系統，實現了對發動機的多路壓力、扭矩、轉速、功率以及溫度實時監測，并利用TCP/IP協議實現主控機對多路信號的遠程操控以及測試數據的網絡共享；該系統具有測量精度高、運行穩定性強，適用于多種類型發動機綜合性能測試。