液压阀用电磁铁CAT系统的开发.pdf

第2 9 卷第 4 期 2 0 9 1年 4月 同济大学学报 g Y J R N t L0 FT O N G J [ U NWE R S [ T Y ． 2 9№ ． 4 7 mr 2 0 01 液压 阀用电磁铁 C A T系统的开发 杨璐 ， 聂崇嘉 1中国煤炭科学研究院上海分 院 液压研究所 ． 上海2 0 0 0 3 0 ；2同济大学沪西校 区 机车车辆工程系 ． 上海2 0 9 3 3 1 摘要以液压阀用电磁铁试验台计算机辅助测试 c A T 系统的开发实践为基础， 着重分析了测试软件在实现数 据采集 与处理 、 曲线输 出功能 等方 面的程 序设计方法 和思 路 在分 析 C A T 软件设 计共性 数 据采 集卡编程与数 据预处理等等 的同时 ， 阐述了针对 电磁铁这一特定 C A T对 象所采取的测试方法． C A T技术 的引入与传统的“ 试 验台 函数记 录仪” 测试模 式相 比较 ， 在便捷性及提高测试精度方 面均 具有 突出的优点 ， 从而可以高教精 确地反 映电磁铁 的静特性 ． 美■词 计算机辅助测试；电磁铁；C语言 中圈分类号 U 2 7 0 1 文献标识码 A 文章编号 0 2 5 3 3 7 4 X 2 0 0 1 0 4 0 4 9 5 0 5 Re s e ar c h o n t h e CAT Sy s t e m f o r Hy d r a u l i c Val v e So l e n o i d Y ANGL u ’ ， NI E C l a m z g - j i a 1 H y d mt d i T e c h n o l o g y． R e s e a r c h l md t u t e o f O C MR I S h a n g h a i B r a n c h ． a n 曲a l 2 0 1 K I 3 0 ， 0 ； 2 D p 1 c o f L o mo d , , e a n d C a r E n g ia e ri n g ． 1 h 1 Un i v e r i t y We sx c a r r Ip Ll s ， s h a T 】 i 2 0 0 3 3 1 一 C h i n a j b s 耋 r a c t Th e s t a t i c p e r f o r m a n c e o f s o l e n o i d a s d i s p l a c e me n t p o we r p e r f o r ma n c e i s i mp o r t a n t t o h y a r a u l i c d i ． r e e t i o n v a l v e Th i s p a p e r a n a l y z e s t h e d e s i g n me t h o d a b o u t s o l e n o i d c o mp u t e r a i d e d t e s t s o f t wa r e O l l t h e b a s e o f t h e p r a c t i c e f o r c e r t a i n CA T s y s t e m u s e d f 0 r S O l e n o i d t e s t b e d． Th e p r o g r a mmi n g me t h o d s a n d t h o u g h t s a b o u t h o w t o a c h i e v e d a t a a c q u i s i t i o n - p r o c e s s i n g a n d t e s t c u r v e o u t p u t t i n g a r e d i s c u s s e d e mp h a t i c a 1 l y ． s u c h C T g n o n p r o g r a mmi n g p e r f o r ma n c e a s a p p l i c a t i o n d d a t a a c q u i r i ng c a r d a n d d a t a p r e - p r o e e s s i ng i s a n a l y l a l s o wh i l e s h o wi n g s p e c i a l t e s t me t h o d a b o u t s o l e n o i d． Ap p l i c a t i o n o f c o mp u t e r a i d ed t e s t t e c h n o l o g y c a n a cqu r e a 。 口 皿 a t e s t a t i c r t o r ma n ce e f f i c i e n t l y a n d i mp r o v e t e s t p r e c i s i o n g r e a t l y I t i s a f i r s t r a n k s u b s t i t u t i o n f o r e a r l y t e s t rood d e o mp o s e d o f x ． Y r e c o r dan dt e s t b e d K e y wo r d s c o mp u t e r a i d e d t est ；s o l e n o i d ；C l a n g u a g e 随着计算机技术的飞速发展 ， 计算机辅助测试 CA T 技术在工业领域得 到了 日益广泛 的应用． C A T 系统实质上是一种软／ 硬件相结合的技术 ． 硬件是基础 ， 软件则构成 系统与用户 间信息交互的桥蘩， 因此 ， C AT系统的性能在很大程度上取决于应用软件的研究与开发． 本文以为某型液压阔用 电磁铁 C A T试验 台配套的测试软件为例， 阐述测试软件在实现数据采集、 处理、 曲线输出功能等方面的特点． 该系统结构如图 1 所示， 属微机型数据采集系统 硬件部分包括试验台架、 传感器、 预处理电路、 采集 卡、 计算机及外围设备 ， 软件开发语言采用 Vi s u a t CH 6 ． 0 ． 1 软件结构及功能分析 如图2所示， 软件由文件管理、 系统设置、 数据采集处理、 曲线图形输出四大功能模块构成 ．人机对话 由 各模块对应的子窗 口和对话框来实现． 运行平台为中文视窗9 8 ． 软件 目前可胜任大部分闻用直流 MF Z l ，2 ， 3 收蔫日 期 2 0 0 0 0 4 2 0 作者琦介杨璐 1 9 7 3 一 ， 男． 陕西西安人。 工学硬士 维普资讯 同济大学学报 第 2 9卷 一 D 测试软件 回 囤 l c盯 系统结构 和交流 砌甩 电磁铁的位移一吸力试验测试 工作， 可自动完成测试数据的采集与处理， 在 屏幕及打印机上输 出曲线和试验报告 ， 并为 日后的功能扩展预留了接 口程序． 以下简要分析数据采集及图形输出功能 的程序设计思路． 1 ． 1 救据采集卡的选择 采用研华公 司生产的 C L _ 7 1 1 B型多功 能数据采集卡 该卡包含 8 路 1 2 位单端A ／ D 输入， 转换时问为 3 0 ， 内部程控放大器可 使输入范围在 5 、 2 ． 5 、 1 2 5 、 0 ． 6 2 5 、 -0 ． 3 1 5 V之间切换 ． 目前绝大部分 商品化 的数据采集卡均为用户提供 了基于高级语言 图 圉 2 测试软件功雌结构 ．2 F眦 I 啷 I 神m慊 懈铷n 的各种 A ／ D转换方式的采集库函数 ， 从而在开发中可以避免繁琐的端 口地址与控制字操作， 提高了开发效 率． 作为一种底层开发语言的V C ， 其自 身也提供了多种系 统 I ／ O函数， 如写端口函数 o u tp 和读端口函数 if 】p ． 使用这些函数虽然比使用汇编语言混合编程要方便， 但仍显复杂． 以 1 2 位程序查询方式的A ／ D转换为例． 需 经以下几步 ①启动A ／ D转换； ②查询 A ／ D状态， 未转换完则等待； ③分别读出高4 位和低8 位数据； ④将 1 2 网 厂 一 i L ] l 竺 三 I 囤 3 数据采| | 与处理流程 F 3 Pr o c e s sd d 呲a i 0 o e 嘻 位数据合并送人内存． 而对 7 1 1 B卡而言， 上述过程 则被合并 为一 个函数 [ w 7 1 1 B - A D - |n t * d 8 扭 ] ，采集到的二进制数据O ～4 0 9 5 存储在整数 a d - d a t a 中． 该函数返回的整型值 N o - 一 r 。 r ， B ∞r d - № 一 h n 则用来判断板卡的工作状况⋯． 显 然， 使用库函数更利于编程． 该卡的C语言软件包由四部分组成 ①静态库 7 1 1 B ． 1 i b与动态库 7 1 1 B ． 珊 ； ②相应的头文件 7 1 1 B． h 和 d [ 1 2 ． h ； ③若干 A／ D， D／ A及数字量 I ／ O操作的 C 语言演示源程序； ④用户可根据所选择的运行平台 来调用不同的函数库 1 ． 2 采集处理模块的设计 图3 为数据采集处理工作流程， 相瘦对话框如 图 4所示 对电磁铁的行程一 吸力曲线而言， 衔铁的行 程 气隙距离 仅为位移传感器全行程内较小的一 段， 这样在软件设计中需处理两个问题 ①绝对位穆 全行程 与相对位移 衔铁行 程 之间的转换； ②相 对位移起点的确定． 程序 中使用 了“ 分离点 ” 这 一概念 ． 该点即为衔 维普资讯 第 2 期 杨璐 ． 等 液压阀用 电磁铁 C A T系统 的开发 挹峭 I 3 ． “ 毂事 量 嘎力 - ● 戤事 I 预广 己 { 潍 捌豳 峨 一 嘲 硝 赢⋯ 一～ 蠕 萄 丽 诹-葡 h 圈型 图 4 数据 采集对话框 g ． 4 D啦 ∞ 6 0 n d i l d 0 胖 铁与铁芯吸合后 ， 前端附带测力探头 与位移传感器测杆并联 的台架摇杆继续后退， 进而与衔铁脱离接触的 位置． 由于该瞬时所测得的吸力为零， 软件即以此来识别两种位移之问的转换． 具体为先记录该点位移， 以后 的实测位移值均与此值相减， 直到找到“ 分离点” 后即可开始测试． 首先根据实时显示的位移值使摇杆前进至 测试行程， 按下“ 记录数据” 按钮并使摇杆缓缓后退， 此时采集程序即按等位移间隔记相应的位移和吸力值， 退至“ 分离点” 时将数据存盘． 上述过程可重复进行． 图 3的显示窗内所示即为上述测试过程的一个实际测试 在线跟踪． 由图 4 可知 ， 被测量的实时显示要求进行连续采样． 如果为 D O S程序， 可用循环语句内嵌条件判断语句 格式， 并采用程序查询方式 转挽 ， 以及控制时间中断的方法来实现． 但上述方法无法照搬在 r 吐一 中， 因为 wh曲一 为一多任务操作系统 ， 软件要求在实时采集的过程 中完成诸多操作， 启动采集后就会进入死循 环． 采集过程不可控 ； 另外 ， 由于 w n 出w s 内部中断机制对用户不公开， 直接调用较为困难． 这里采用将采集 控制权交给 w n 曲 的方法， 如图 3 所示． 即在采集开始前使用 S e t - ] i n 函数设置定时器对象， 定时时间到 则调用 On - ] l in e r 函数进行数据的采集与处理． 该方法的问题在于 ， 由于 P C机主板上的定时芯片每隔 5 4 ． 9 2 n 口产生一次时问中断， 所以软件设置的时间间隔不能小于 5 5 m s ； 其次， wM_mⅡ H 为一低优先级信息， 极可 能得不到及时处理． 虽然此处对实时性要求不高， 但也应看到， 使用定时器并不是一种精确的实现实时监控 的可行方法． 1 ． 3 图形化实时显示的应用 被测量的实时图形显示可直观表征其变化趋势， 对监测和控制测试进程至关重要． 如在找到“ 分离点” 的 瞬间， 测得的吸力骤降为零， 此时的位移量转化为相对位移起点， 也为零． 这样就可根据位移线与吸力线的下 降沿是否在图形区的下边沿上相交于一点来判断“ 分离点” 的合适与否． 其程序实现依靠 c的图形数据块传送函数 tB lt 来实现 2 _2 即在每次数据采集前应用该函数的 s rc ． 嘲 显示方式将图形区的内容右移若干像素， 而完成数据采集后则在上次记录的数据点与本次采集到的数 据点之间以同样的像素间隔画一条直线． 由于定时器控制采集过程连续进行 ， 就出现了动面效果． 1 ． 4 数据预处理 1 ． 4 ． 1 标度转换 采用表格法 l 来进行二进制数字量与位移、 吸力物理量之间的转换． 即在被测量 与 A ／ D转换输出值 z的关系曲线上事先按等距 z值选取若干样点 ． 对样点加以标定后将 ”组数据 X i ， 0 ． 1 ． ⋯， n 以表格 形式保存． 当采集到一个新数据 时． 首先判断其所在范围 薯， 置 1 ． 再根据公式 。 z一 矗 来计算 出实际的物理量值． 其中 k 弘 1 一 ／ 置 1 一酋 ． 两被测量的标定数据表格分别存储在两文本文件中 ． 由图 3可知 ． 采集过程开始前两文件即被调用， 标定值读入内存， 以供转换之用． 1 ． 4 ． 2 数字滤渡 数字滤波实质上是一种程序滤波 ， 它通过特定的程序处理来减少干扰信号在有用信号中所 占的比剜 ．与 模拟滤渡器相比， 具有实现灵活、 可靠性高、 稳定性好等优点． 此处采用防脉冲干扰复合滤波法I ．该方法融 维普资讯 蚶 兰兰竺 一 竺 兰 一一 合了算术平均值滤波法和中值滤波法的优点， 因而可去除脉冲干扰， 又可对采样值进行平滑处理 ， 提高了数 据处理质量． 2 曲线绘制模块的设计 图5为曲线处理模块结构简图 图 6为 I V I I Z I - ． 5 Y c型直流电磁铁的行程一 吸力曲线显示窗 曲线处理的 核心为数值计算部分． 此处的算法采用三次样条函数插值． 选用该算法基于以下两点要求 围5 曲线处理模块功能结构 ．5 s t m 0 f 0 。 m 围 6 曲线丑示殛数据标 注膏 ．6 s wi雌 批H 埔 唱 唰I 1 动态试验要求； 尽管目前仅处理静态曲线， 但为了功能扩展应考虑动态算法的兼容性． 样条函数是由 若干段三次多项式曲线拼接而成， 在拼接处不仅函数自身连续， 其一阶、 二阶导数也连续， 因而具有梗好的光 滑性， 适于处理动态曲线． 如果采用绘制静态曲线常用的最小二乘拟合法， 要拟合出动态曲线的波动趋势势 必要提高拟合方次， 这样不仅求解过程易出现病态 ， 而且曲线也易出现畸变． 2 曲线双向标注要求 根据行程或吸力的任意给定值， 应能计算并标注出另一对应值． 对最小二乘拟合 法的m次拟合多项式 ∑q 一十 0 而言， 若给定 求 ， 则要求解一高次方程， 计算复杂； 而样条函数法 如果以像素为单位进行插值， 并将所有插值点送人内存， 在标注时仅需在插值数据对序列中寻找另一对应值 即可， 提高了程序执行效率 J ． 鞋 维普资讯 第 2期 杨璐 ， 等 赦压阀用电碰铁 c 系统 的开发 3 图元文件在 曲线打印输出中的应用 Win d o w s 是一种具有设备无关性的基于图形用户界面 G U I 的操作系统， 它通过图形设备接口 G D I 来 联系物理设备模型设备描述表与外设驱动程序， 使得显示器与硬拷贝设备输出均可共用 G D I 函效． 换言 之 ， 同样 的代码在更改设备描述表后即可用于打印输出． 图元文件 wMP 作为 G D I 函数的二进制指令集合， 恰可用于将屏幕与打印输出联系在一起， 避免代码冗余． 软件在屏幕输 出衄线时将一系列绘图代码存储于两个 WMF文件中， 打印预览或打印输出时再予以回 放。 提高了程序执行效率． 另一方面， 开发打印程序时可结合映射模式灵活设置设备空间与逻辑空阃的范围， 便于调整打印效果． 4 结论 通过该型 C AT软件的开发 ， 笔者认为这种微机型电磁铁 C AT 系统不仅可显著提高测试精度与测试效 率， 而且投资较为经济， 远胜过已往的函数记录仪测试模式． 就软件设计而言， 选择 V C作为开发语言具有以 下特点 ① 测试软件图形化的用户界面便于人机对话 ， 简化了测试进程； ② o o P技术与便捷的向导 w_比 a r d s 便于开发者提高编程效率 ； ◎ 作为编译型的底层开发环境 ， 在采集程序设计过程 中有独特优势， 体现在可直 接调用 MF C类库端口操作函数 ， 并能与采集卡提供的 C函数库实现有机的融台． 参考文献 [ 1 ] E ∞h血血词A u r ,mms I r d m t r l a l F C珊 d u 啮 ’ s 咖f 1 M] ． 商啪 E I r d 曙 n 训 A I 血m 曲t1 s ． 1 9 9 8 [ 2 ] 术麝 、 c6 ． 0使用与开发[ M]北京} 清华大学出版杜． 1 9 9 8 2 3 3 ,4 ． 【 3 ] 马明建 数据采集与处理技术【 M] ． 西安 西安交通大学出版杜． 1 9 9 8 4 5 6 2 ． [ 4 ] 戚琪． 新型比例位置同步阀的开发研究[ D _ ． 上海 上海铁道学院机械系， 1 9 9 0 2 2 3 4 [ 5 ] 扬璐． 同步阀试验台 C A T系统应用研究[ D ]上海 上海 镘道大学机械系， 1 9 9 8 3 6 4 7 下期文章摘要预报 高效液相色谱法同步测定花粉中的水溶性维生素 潘建 国． 王开发， 郑尧隆， 刘远红 采用液相色谱法同步测定花粉中的水溶性维生素 C、 维生紊 B l 、 维生 紊 和维生素 B 5 ， 四种维生素在 OD S - 5 p m 色谱柱上分离 ， 用 p H 5 ． O 1 磷 酸缓冲液一 甲醇 体积比为 7 5 2 5 为流动相洗脱 ， 流速为 1 ． 0ml mi n 1 。 ， 波长为 2 6 0 r g ／ l ， 1 0mi n内实现 良好分离． 在 1 ～ 2 0 1 0 范围内进样量和响应值呈良好线性关系 其回收率为9 4 3 7 ％～1 0 1 5 7 ％， 变 异系数为1 ． 9 0 ％～8 2 3 ％。 精密度和准确度良 好． 为快速、 准确地同步测定花粉中的水溶 性维生素提供了一种新的方法． 维普资讯