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虚拟仪器技术在传动轴寿命试验机

作者：bearingpower 发表时间：2010-12-12

介绍传动轴寿命试验机测控系统的主要结构和特点，讨论基于虚拟仪器技术、多进程和DDE技术进行系统硬件及软件设计的原理及方法，VI技术提高了系统的实时性和可靠性，使系统具备了较强的扩展性与灵活性。　　关键词：传动轴；试验；虚拟仪器；动态数据交换?Application of VI in the Lifetime Test Rig for Drive ShaftMU Ping?an, DAI Shu?guang, ZHANG Ren?jie, SI Hua(University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093,China)Abstract: The basic struction and characteristic of the lifetimetest rig for drive shaft are intruduced in this paper. The paper presents thesystem design principle and meathod of hardware and software based on virtual instrument, multithread and dynamic data exchange technology.　　Key words: drive shaft; test; VI(virtual instrument); DDE(dynamic data exchange) 1、系统概述　　根据功能要求，系统可分为主轴转速测控子系统、扭矩加载测控子系统、摆动摆幅测控子系统。整个系统在计算机的监控下，根据试验规范，通过信息交互使各子系统协调工作，实现自动加载、变速、摆动等各种试验功能。1.1系统硬件结构　　系统原理框图如图1所示。由主机、DAQ多功能数据采集卡和三个功能子系统组成。主机采用高性能的工业控制计算机，享有系统的全部信息资源，完成人机对话、作业调度、参数预置、工况设定、显示和打印结果及控制三个功能子系统等功能。　　转速测控子系统采用交流变频闭环控制的调速模式，交流电动机兼有恒转矩和恒功率的负载机械特性。扭矩测控子系统具备较高的载荷控制精度及动态响应性能，采用直流电动机传动的闭环方式实现平滑启动与制动、无级调速及高精度的位置和速度控制。　　摆动摆幅测控子系统是以步进电机为动力源的开环系统，具有精确高、响应快、抗干扰能力强的特点。?1.2系统软件结构　　系统工作时，三个功能子系统由主机进行统一的协调与控制。为了提高系统的效率，充分利用主机的CPU，系统软件采用多进程的方案设计，如图2所示。系统软件由一个主进程、三个子进程以及进程间通讯程序组成，以此达到分时控制三个功能子系统的目的。一个CPU的时间片约为十几微秒，三个子系统(不进行DDE通讯时)轮询一遍只需一、二百微秒。而三个测控系统都存在一定的机械滞后，即使在数据流量很大时，为满足精度所允许的时间间隔约为20～50毫秒。可见，多进程的设计方案完全能够满足本系统的实时性要求。2、系统程序设计2.1开发平台　　本系统的软件设计采用LabVIEW的G语言及DDE通信技术。　　动态数据交换(DDE)是不同程序间实现数据通信与共享的一种技术，采用客户(client)/服务器(server)模式。要求数据的一方称为客户，提供数据的一方称为服务器。DDE会话由客户程序开始，DDE 客户端通过发送一个连接消息启动与另一个应用程序(DDE服务端)的通话。建立联系后，客户端将向服务器端发送命令，并且修改或者请求服务器端管理的数据。服务、主题和数据项是在DDE通信中使用的三个要素。2.2程序设计　　系统软件主要由一个主进程和三个子进程组成。软件监控平台是主进程，总是在前台运行，主要完成人机对话、作业调度、参数预置、工况设定、显示和打印结果等功能。三个子进程分别完成转速控制、扭矩控制和摆动控制的功能，它们在后台分时运行，由主进程来同步这三个相对独立的子进程。通过DDE，主进程可与子进程交换数据，达到实时监控的目的。　　DDE会话有三种类型：冷(cold)链接、热(hot)链接、温(warm)链接。冷链接是指客户端使用一个请求以获得数据的当前值。如果客户端想要监视某个数值在一定时间内的变化，那么可以使用热链接或温链接。　　本系统软件中，主进程为客户端，三个子进程分别为三个服务器端。客户与服务器需要交换的数据有主进程用于控制子进程的命令和试验工况参数、用于监测的采样值和子进程的出错信号。根据这些数据定义的服务、主题和数据项有Speed、Torque、Swing、Sample、State、Order、Error、Syn、Run、Stop等，其中数据项Syn用于DDE通信的同步。主进程用于控制子进程的命令和试验工况参数通过POKE消息发送给服务器，用于监测的采样值采用冷链接的方式进行连接，子进程的出错信号采用热链接的方式进行连接。为了确保数据不会丢失，在DDE中创建一个单独的数据项Syn，客户端可以用它来确认是否收到了最新的数据。只有当客户端对前一个数据进行确认之后才可以向得到的数据项中加入一个新的样本。　　以扭矩加载测控子系统为例，图3、图4分别是服务名为Torque，主题名为Sample，数据项名为Syn的DDE通信的服务器子程序和客户子程序的流程图。服务器将持续监视Syn数据项，直到客户端接收到数据(Syn=data read)为止，如图3所示。客户端程序监视Syn数据项，直到它变为data available(数据可用)。这时客户端从由服务器提供的数据项读取数据，然后把Syn项升级为dataread(数据读取)，如图4所示。3、结束语　　基于VI技术的传动轴寿命试验机，采用模块化的设计方法，不仅具有高度的自动化和柔性化，而且操作方便、系统易于维护和扩展；同时也对研制、开发及改造传动轴的其他试验设备具有一定的参考价值。

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