基于MATLAB的液压试验台的数据采集与处理.pdf

自 动 化 技 术 与 应 用 2 0 1 0 年 第2 9 卷 第3 期 经 验 交 流 T ec h n I c aI Co m mun i c a t iOF I S 及显示终端来绘制各测试参数的图谱。 配合上述测试要求 ， C AT系统构成如图 1 所示。利 用该系统可完成被测试液压参数的采集、传输、显示和 处理。该系统的信号分为 2类 模拟信号和数字信号 ， 现 分 别加 以介绍 。 臆 刀 博 帮 l 液 压 ■ 压 力 僚 感 嚣 2 L ． I 眈 ／ 研 饲 _ ] 0 垡 阚 l 竺 厂]兰 l 端 H ． 工 蔫 子 控 试 排 帆 台 广■。 _ _ _ 。 ]r - ■■] 图1 液压C A T系统 1 模拟信号 压力、温度和流量传感器感应被测信号后， 输出模 拟信号。其传感器输出的模拟信号送人对应数显仪表 ， 以方便观察数据。数显仪表除对信号处理后加 以显示 实际的压力、温度和流量外 ， 同时把模拟信号送入 I ／O 端子排进行模数转换板， 转换成数字信号后由计算机 对其进行处理[ 8 1 。 2 数字信号 流量传感器感应流量脉冲信号 ， 经信号线传输到对 应数显仪表 ， 经仪表处理后， 一方面， 显示面板对实际流 量进行显示； 另一面， 输出数字信号。数字信号进入计算 机 I ／O输入接 口端， 然后由计算机对其进行处理。 2 ． 2 液压测试系统原理 图 2 液压测试系统原理图 为满足测试要求， 所设计的液压系统如图 2所示 。 该系统具有如下特点 1 系统配有压力、温度和流量传感器， 便于计算 机对信号的采集。 2 系统加载阀选用电磁比例溢流阀， 可以实现六 路不同规格的液压加载控制【 1 ] 。 上图所示的是液压原理 图， 启动液压站 ， 让其为 P 口提供航空液压油， 同时关闭电磁阀 D Tl 、DT 2 、D T3 、 DT4和 DT5 ， 这样即可构建出一条液压测试主回路 液 压油从 P 口进入测试系统， 首先经过两级并联调速阀， 这是为了防止流速过快而损坏流量计等高精度设备 ， 当 经过温度压力传感器 TP 1时， 液压 测试系统可以采集 该装置 的总体压力和进油管温度 ， 如果压力或油温过 高 ，可通 过工 控机 来反 馈调 节 液压 站 的冷却 器和 减压 阀， 以降低油温和压力⋯。另外在TP1旁边附加一个耐 震压力仪表 P M 1 ， 用来鉴定采集卡的数据显示是否正 确。之后通过三通球阀 F T l 、回油压力仪表 P M2和压 力温度传感器 TP2， 即可使油路卸荷回至液压站， 以避 免液压油的浪费。在这条主回路中， 如果 DT4和 DT5 同时得 电， 油路便直接经过压力传感器 PT 1和流量传 感器F T3后回流到T2和P 2 ， 这两个油口用来外接各类 压力阀 ，以便测试被试 比例压力阀的动、静态特性 曲 线； 如果打开DT1 和DT 2 ， 油路经过压力传感器 P T5 和 流量传感器 F T2后回流到T1 和P1 ， 同时通过调节比例 溢流阀 Bs 2来控制进油口A1和 Bl的压力 ， 这样即可 测试出被试 比例调速阀的耐压特性和其它动态特性曲 线。这也是本文不同于其他液压测试系统之处， 因为一 般的液压测试系统只是测试某一系列的阀块 ， 而本文所 设计的液压测试系统可以同时测试两种类型的液压 阀 的各种参数 ， 比如 滞后性、死区特性、对称性和重复 精度等。 3 系统软件 3 。 1 软件功能 为便于使用 ， 软件所有菜单以及操作提示、实验结 果都使用中文界面。本测试系统采用MATL AB语言编 写， 运行于 wi n d o ws 环境下。其主菜单功能包括 数据 实时采集 、实时数据的滤波及中值分析、数据存储及读 取、曲线绘制及打印等功能【 9 1 。 3 ． 2 MA T L A B 数据采集与分析原理 3 ． 2 ． 1 数据采集的原理 经 验 交 流 T ec h nica I Comm u nic at i on s 自动 化技术与应用2 01 0年第 2 9卷第 3期 Ma t h wo r k s 公司专门为MA T L AB设计了一套数据 采集工具箱 DAQ ， 通过调用该工具箱中的函数可以控 制研华公司的数据采集卡 ，完成采集与分析任务 1 。 MA T L AB通过控制研华公司的采集卡 ， 在编程、调试与 使用前， 应正确安装卡的驱动程序， 并对采集卡做好设 置， 保证采集卡能够正常工作[ 。 采集总体步骤如下 ] 1 对研华公司的多功能数据采集卡进行初始化 d e r e g i s t e r ’ Ad v a n t e c h ； 2 为数据采集卡建立模拟输入对象 A I a n a l o g i n p u t a d v a n t e c h ’ ， 0 ； 3 设置采样属性 C h a n a d d c h a n n e l AI ， 0 5 ； ％设置模拟输入通道 为 6路 d u r a t i o n i n f ； ％设置采样时间为无穷大 s e t AI ， ’ S a mp l e Ra t e ， 6 0 0 0 ； ％设置采样频率为 6 0 0 0Hz A c t u a l R a t e g e t AI ， S a mp l e Ra t e ； ％获取采 样 频 率 s e t A I ， ’ S a mp l e s P e r T r i g g e r ， d u r a t i o n * Ac t u a l R a t e ； ％ 获取采样周期内的点数 4 启动数据采集卡 S t a A AI ； 5 获取采集数据 【 d a t a t i me ] g e t d a t a AI ； 6 停止并删除数据采集卡设备 s t o p A I d e l e t e AI ； 至此， 一次完整的采集过程完毕。采集到的数据保 存在数组 d a t a中， 根据不同用户的不同需求可以对这些 数 组进 行其他 操作 。 3 ． 2 。 2 数据分析原理 美国 Ma t h wo r k s 公司推 出的 MA T L A B是面 向科学 与工程的交互式计算软件 ， 其本身提供了分析函数工具 箱， 而该系统之所以选用MAT L AB， 正是因为它具有强 大的数值分析 处理能力 ， 不 仅可 以对 大量 的实 时采集 数 据进行滤波和插值分析 ， 以达到用户所需要求 ， 还可以 将历史数据进行还原， 并将其可视化[ 引。 本文实例中需对采集到的数据做滤波处理， 得出研 究对象的线性度曲线。液压测试系统从 D／A板卡采集 实时数据， 下表 1 所示的是任取六个通道的 1 2组数据， 如表 1所示。然后按下式进行标度变换， 便得到对应的 电压与压力关系图。 表 1 六通道实时电压值 单位 V N- , I I I ＼ 0 1 2 3 4 5 1 3． 1 3 3 0 ． 24 2 1 ． 8 o ． 63 8 0 ． 90 7 0． 5 71 2 2． 98 7 0 ． 2哇 5 1 ． 90 7 0 ． 67 3 0 ． 95 7 0． 6 3 7 3 3 ， 06 5 0 ， 01 8 2 ． 50 0 0 ． 07 0 1 ． 47 5 0 J 4 7 4 4 3 ．1 3 4 0． 0 2 0 2． 5 ∞ 0 ． 0 6 7 1 ． 4 69 0． 47 6 5 3 ． 20 1 0， 2 4 4 i ． 8 8 7 0 ． 6 9 2 0 ． 9 51 0． 63 5 6 2 ． 96 2 0． 2 41 1 ． 8 9 2 0 ． 7 5 3 0． 9 4 3 0 ． 62 3 7 3 ． 0 2 6 0 ． 2 4 2 1 ． 8 6 9 0 ． 6 1 t 0 ． 9 0 1 0 ． 5 7 6 8 3． 01 4 0 ．0 1 8 2． 50 0 0． 0 7 0 1 ． 4 8 O 0 ． 48 4 9 3 ． 1 3 3 0 ． 0 2 1 2 ． 5 ∞ 0 ． 0 7 1 1 ． 4 6 8 0 ． 4 7 4 10 2． 5 7 9 0 ． 01 8 2 ． 5∞ 0 ．0 7 8 1 ． 47 7 0． 4 81 1 1 3 ． 1 0 9 0 ． 2 4 2 1 ． 8 7 5 0 ． 6 0 6 0 ． 9 0 3 0 ． 5 7 4 1 2 3． 1 3 3 0 ． 2l 2 2 ． 5∞ 0 ． 07 4 i ． 03 5 0． 3l 7 Y a ～ z [ ， 一Y II li ／ x a x 一 lI l i 】 一 T li 式中 ， 为参数实际测量值 如流量或压力等 ； ax、 为参数量程最大、最小值；Y 和 y II l in为与 ，和 _ m i 所对应的D／ A转换值。 对上列数据进行标度变换后， 再用MATLAB进行 可视化处理， 可得六通道压力实时曲线如图 3所示。 六通 道压 力实 对 由绒 厂 ‘、 ‘ ⋯ 7 乙一 r ／一 一 ＼ ／ ， ＼ ， } j 图3 中值滤波后的压力曲线图 4 结束语 该实验台的计算机辅助测试系统经过连续事件的 下接第 9 5页 苞 瑟鞣 经 验 交 流 T ec h ni c a I Co m mun i c a t ion s 自动化 技术与应用2 01 0年第 2 9卷第 3期 子技术， 2 0 0 4 ， 2 7 ， 1 9 6 8 -8 9 ． 【 9 ]虞鹤松， 张飙， 范刚． L E D显示屏高速数据通讯接口设计 [ J ] ． 国外电子元器件 ， 2 0 0 5 ， 2 5 6 5 9 ． n 0 】冯寿鹏， 张大鹏． 基于嵌入式系统的L E D信息显示技术 研究【 J 】 ． 现代电子技术， 2 0 0 6 ， 2 9 ， 2 3 1 5 8 1 6 0 ． [ 1 1 ]刘清明． 嵌入式系统的L E D点阵显示控制系统设计[ J ] ． 中国水运 理论版 ， 2 0 0 6 ， 4 6 9 5 - 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