基于USB2828数据采集卡的电液伺服阀测控系统软件开发.pdf

2 0 1 1 年 1 1 月 第 3 9卷 第 2 2期 机床与液压 MACHI NE TOOL＆ HYDRAUL I CS NO V ． 2 0l 1 V0 l _ 3 9 No ． 2 2 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 2 2 ． 0 2 5 基于 U S B 2 8 2 8数据采集卡的电液伺服阀测控系统软件开发 李艳杰，卞军 沈阳理工大学机械工程学院，辽宁沈阳 1 1 0 1 6 8 摘要介绍了阿尔泰 U S B 2 8 2 8数据采集卡的基本功能，利用 U S B 2 8 2 8完成了F E S T O T P 5 1 1 液压伺服阀性能试验台的数 据采集及阀性能测试，在 V B 6 ． 0环境下基于动态链接库编写了电液伺服阀测控软件 ，应用该测控软件进行了压力特性实验 分析。实验结果表明该测控系统操作简单 ，测控系统界面友好 ，性能测试与分析准确。 关键词电液伺服阀；测控系统软件；U S B 2 8 2 8 数据采集卡；动态链接库 中图分类号T H 1 3 7 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 2 2 0 7 6 3 De v e l o p me n t o f Ex p e r i me n t a l S y s t e m S o f t wa r e o f a n E l e c t r o - h y d r a u l i c S e r v o Va l v e Ba s e d o n US B2 8 2 8 Da t a Ac q ui s i t i o n Ca r d L I Ya n i i e，B I AN J u n S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， S h e n y a n g L i g o n g U n i v e r s i t y ， S h e n y a n g L i a o n i n g l 1 0 1 6 8 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e b a s i c f u n c t i o n s o f U S B 2 8 2 8 d a t a a c q u i s i t i o n c a r d we r e i n t r o d u c e d ． B y u s i n g t h e c a r d ，t h e p e rfo r ma n c e t e s t i n g a n d d a t a a c q u i s i t i o n f o r F E S TO T P 5 1 l t e s t p l a t f o r m w e r e c o mp l e t e d ．T h e me a s u r e c o n t r o l s o f t w a r e w a s p r o g r a mme d b a s e d o n DL L u n d e r VB 6 ． 0 d e v e l o p me n t e n v i r o n me n t ．B y u s i n g t h e me a s u r e c o n t r o l s o f t w a r e ，t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f p r e s s u r e w e r e a n a l y z e d ．T h e e x p e r i me n t a l r e s u l t s h o w s t h a t t h e s y s t e m i s e a s i l y c o n t r o l l e d，a n d h a s f r i e n d l y i n t e r f a e e ，p r e c i s e p e r f o r ma n c e t e s t a n d a n a l y s i s ． Ke y wo r d s E l e c t r o h y d r a u l i c s e r v o v a l v e；E x p e r i me n t a l s y s t e m s o f t w a r e ；US B 2 8 2 8 d a t a a c q u i s i t i o n c a r d；Dy n a mi c l i n k l i b r a r y 在液压系统中，电液伺服阀是被广泛采用的关键 元件之一，是一种具有广泛发展前途的新型液压控制 阀，它通过改变电液伺服阀的输入电流改变可变节流 口的面积大小 ，从而控制通过阀的流量，达到控制执 行元件 缸或马达运动速度的 目的。为了提高电 液伺服阀性能测试精度 ，采用数字方法测试电液伺服 阀性能，利用北京阿尔泰公司的L T S B 2 8 2 8数据采集 卡成功研发出一套测控系统，通过该系统可对电液伺 服阀性能进行计算机辅助测试 ⋯。 1 U S B 2 8 2 8数据采集卡 阿尔泰 U S B 2 8 2 8数据采集卡是一种基于 U S B总 线的数据采集卡，可直接和计算机的 U S B接 口相连， 它为用户提供了 1 6个模拟信号输入通道，可以通过 跳线开关设定为 l 6个单通道信号输入或 8个通道差 分信号输入；1 2位 A ／ D转换器；提供最大为 1 0 0 k H z 采样速率 在直接数据传输模式下 ；通过跳线开关 和软件相结合可提供 4种模拟量输入范围；4路 1 2 位模拟量输出通道、8 路数字量输入和数字量输出通 道。所有这些特性可以很好地满足用户的需要 。 2 电液伺服阀测控系统 2 ． 1 液压 实验 台部分 F E S T O T P 5 1 1 是德国 F E S T O公司生产的液压伺 服试验台，该试验台除泵源以外，还配备 了滤油器 、 三位四通伺服阀、液压缸、位移传感器、压力传感器、 压力表、流量计等液压元件及测量元件，该试验台配 合文中的测控系统可以进行伺服阀性能特性实验 。 2 ． 2 数据采集部分 该测控系统主要是对 电液伺服阀的性能进行测 试 ，其测量的准确性在一定程度上影响了电液伺服阀 的测试效果。数据采集部分主要处理从传感器采集得 到的数据，其组成部分包括传感器、U S B 2 8 2 8数据采 集卡和信号调理放大电路。伺服阀性能自动测控原理 示意图如图 1 所示 。 图 l 伺服阀性能自动测控原理示意图 电液伺服阀的压力和流量信号通过传感器转换为 电流信号，经过信号调理放大电路转化为电压信号 ， 由U S B 2 8 2 8 数据采集卡的 A ／ D通道转换成数字信号 收稿 日期 2 0 1 01 0 2 2 作者简介李艳杰 1 9 6 9 一 ，女，博士，教授，研究方向为液压伺服控制技术、机器人学 、智能机器人控制。Em a i l l y j s y i t s i n a ． c o n。 第2 2期 李艳杰 等基于 U S B 2 8 2 8数据采集卡的电液伺服阀测控系统软件开发 7 7 输送给计算机，通过程序实现性能曲线绘制与分析以 及数字 P I D调节 ；由 U S B 2 8 2 8数据采集卡的 D ／ A通 道输出信号给电液伺服阀，从而控制电液伺服阀的工 作状态以及液压缸的位置，并由计算机记录保存电液 伺服阀性能测试曲线和液压缸的响应曲线。 3 V B 6 ． 0环境下的软件设计 3 ． 1 利 用 U S B 2 8 2 8开发应 用软 件 方法 对 U S B 2 8 2 8数 据采 集 卡进 行 Wi n d o w s 应 用 程 序 开发 ，可以有 3种方法 1 利用阿尔泰光盘中附带的开发环境，这是阿 尔泰对 U S B系列板提供的标准开发环境，其优点是针 对性强，缺点是开发环境不通用，程序移植性较差； 2 由用户 自行开发针对底层硬件的驱动程序， 这种方法灵活性最大，代码执行效率也高，可以充分 发挥硬件的性能，但是要求开发者具有相当高的计算 机软 、硬件水平 ； 3 采用通用 的开发环境 V B 、V C、D e l p h i 、 C ／ C 等 ，调用阿尔泰提供的标准动态链接库文件 和第三方制作 的 A c t i v e X控件。采用这种方法可 以在一 定程度上降低程序开发的难度，提供较好的灵活性； 同时 ，提供相 对于第 一种 方法更 好 的移植 性。因此 ， 该测控系统采用第 3种方法进行软件开发 。 3 ． 2动态链接库技术 动态链接库 D y n a m i c L i n k L i b r a r y ，D L L 是一 种基于 Wi n d o w s 的程序模块 ，在 Wi n d o w s 中使用 D L L 可以使多个应用程序之间共享代码和源程序，从而提 高运行速率。下面对 U S B 2 8 2 8数据采集卡的几个关 键 D L L函数作简单说明。 1 C r e a t e D e v i c e ，必须最先被调 用 ，由它创 建一个设备对象句柄 h D e v i c e ，有了这个句柄 ，就拥 有 了对该设备 的控制 权。 2 I n i t D e v i c e A D ，负责初始化设备对象中的 A D部件，如预置 A D采集通道、采样频率等，然后 启动 A D设备 ，开始 A D采集 ，随后，用户便可以连 续调用 R e a d D e v i c e A D 读取 U S B设备上的 A D数据 以实现连续采集 。 3 R e a d D e v i c e A D ，读取 U S B设 备 A D部件 上的批量数据。它不负责初始化 A D部件 ，待读完指 定长度的数据才返 回，它必须在 I n i t D e v i c e A D 之 后 、R e l e a s e D e v i c e A D 之前调用。 4 R e l e a s e D e v i c e A D ，释放设 备对象 中的 A D部件所占用的系统资源。 5 R e l e a s e D e v i c e ，释放设备对象所 占用的 系统资源及设备对象 自身 ，它必须和 C r e a t e D e v i c e 函数一一对应 。 3 ． 3测控 软 件 编 程 在测控软件 的编 写过程 中，首先 应该调用 C r e a t e D e v i c e 函数 ，创建设备对象句柄 ，使得计算机与 采集卡建立通信连接 ；然后对采集卡初始化，调用 I n i t D e v i c e A D ，这样就为数据 的读取做好了准备； 之后就是数据读取 ，调用 R e a d D e v i c e ，也可 以循环 读取数据 ；若数据读取完成，应当释放 A D采样设备 R e l e a s e D e v i c e A D 与设备对 象 R e l e a s e D e v i c e 。数 据采集流程图如图2所示。 创建设备对象 Cr e a t De v i c e ________________________________________一 初 始 化和 启动AD l n i t De v i c e ADf 1 ____________________●_●____-_____-______一 ， 读取A D数据 Re a d De v i c e AD0 用户对采集到的A D数据进行处理 其代 码应 由用户 根据 需要 编 写 据 以 实 现 连 续 采 集 吗 ／ 土 释 放和 停 止A D设 备 Re l e a s e De v i c e AD 需 要改 变通 道或 频率 后 、 、、 一 图2 采集数据流程图 4压力特性实验 基于 U S B 2 8 2 8数据采集卡开发出来的测控系统 可以完成伺服阀的压力特性实验、负载流量实验、空 载流量实验 以及 内泄漏实验 。作者以压力 特性实验为 例 ，介绍压力特性的实验原理以及应用测控系统所做 的实验。 伺服阀的压力特性是指在供油压力 P 为定值， 关闭两个负载口 即 Q ． 0 时，负载压力与输入电 压的对应关系。压力测试过程中，要求供油压力为伺 服阀的额定压力 ，负载口关闭，电流在正负额定值之 间一个循环周期内，测出负载压力与电流关系曲线。 由曲线可求出压力增益 ，即在最大负载压降 -4- 4 0 ％之 工黥 放 霸 l 一 释 r