一種發動機性能虛擬儀器測試系統的設計應用

　　（4）測功機

　　測功機是根據作用力與反作用力平衡原理設計的。當發動機測功機的定子受到的轉矩與被測發動機的轉矩相等時，由單片機數據采集系統直接精準地讀出被測發動機的轉矩值。當被測發動機旋轉帶著測功機的轉子旋轉時，若給測功機加入直流勵磁電壓，測功機中有磁場存在，此時測功機轉子旋轉且切割磁力線產生電樞電流，電樞電流和磁通相互作用產生制動轉矩，同時測功機定子受到一個相反方向的轉矩作用，便在測功機傳感器軸上產生壓應力，在正常工作范圍內，壓應力與傳感器軸所承受的轉矩成正比。如果在傳感器軸產生最大壓應力方向上粘貼電阻應變片，則應變處的電阻值就隨著壓應力的大小而變化，再將應變片接入一定的橋式電路就能將壓應力的變化轉化為電壓信號，從而即能測量出轉矩的大小。

　　發動機轉速的測量使用光電式轉速傳感器，測速分辨力高、慣性小、應用廣泛，利用單片機和光電式傳感器相配合，使待測量發動機轉速簡便、抗干擾能力強。光電式傳感器在發動機軸上裝一個邊緣有N個均勻分布鋸齒的圓盤，通過光線投射到光敏管上，當發動機轉動一周，就得到N個脈沖信號，測量脈沖信號的頻率或周期，就可得到發動機的轉速。

　　（5）控制機柜

　　控制機柜主要由控制開關、開關電源、濾波器以及連接線路組成，是為各路傳感模塊提供相應的多路接口，使之與待測發動機連接，并提供安全的系統供電、信號隔離、幅度調節以及風冷控制等輔助功能，為整個發動機測試系統提供強電支持及系統應急措施。

　　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。