基于虚拟仪器的机载智能泵测试系统研究

1 引言 　　机载智能泵源系统可根据飞机飞行状态的不同，自动调节输出压力和流量以实现与负载的匹配，从而达到在满足系统动态性能要求的前提下，使系统的效率最高。因此，它是为了解决现代飞机液压系统由于高压化和大功率而带来的许多负面影响，诸如温升急剧增加等问题的最佳选择，也是未来机载液压系统的主要发展趋势之一。而智能泵是这一系统的关键部件，它的性能直接决定着飞机液压系统的性能，并对飞机飞行的安全性和可靠性有着重要的影响，因此对智能泵的各种性能参数进行全面测试是该产品设计和研制的重要环节，而先进、可靠和全面的检测设备是实现这一环节不可缺少的手段。基于虚拟仪器的智能泵网络化测试系统就是为实现这一目的而构建的。它能对智能泵实验系统进行实时控制、工况转换，完成智能泵各种性能参数的实时采集和处理，并以图表和曲线形式显示、记录、打印输出，以及实现与其它系统的数据共享。整个系统由液压回路、测试硬件系统、测试软件系统等三部分组成。 2 液压回路 　　智能泵主要检测项目有：转速、最大输出压力、最小输出压力、最大转速(4000 r/min)下的最大供油量、最小转速(500r/min)下的最大供油量、输出压力特性、内漏特性等。 图1为该系统的液压回路，它主要由三部分组成，即 （1）驱动系统及其液压能源部分：其中驱动系统包括远程调压阀、比例方向阀、液压马达等。液压能源部分包括两台电机泵组（110kW）、溢流阀、蓄能器、压力表等； （2）智能泵及其液压能源部分：其中智能泵部分包括原理样机本体、电液伺服阀、油滤、压力表等。增压能源部分包括进油滤、电机、齿轮泵、出口油滤、溢流阀、压力表等； （3）加载系统：包括节流阀、电磁开关阀、三位两通电磁换向阀等。 　　该回路的特点是利用电液比例方向阀、液压马达来驱动智能泵并实现系统速度的调节；由电液伺服阀驱动变量油缸来调节智能泵的流量和压力，以使智能泵根据外部指令工作于不同的工作方式下；通过电磁开关阀的开断和调节节流阀的开口实现智能泵的不同加载。因此，整个系统通过接收微机系统指令实现被测对象转速、压力、流量、油液温度等参数闭环控制和状态切换，使系统工作于不同的工作方式下，满足不同的工作要求和测试要求。 　　1、电机2、连轴器3、油滤4、增压泵5、能源泵6、溢流阀7、压力表8、截止阀9、蓄能器10、溢流阀11、远程调压阀12、电磁阀13、比例方向阀14、液压马达15、智能泵主体16、辅泵17、变量油缸18、电液伺服阀19、辅泵调压阀20、压力传感器　21、温度传感器22、电磁开关阀23、节流阀24、电磁换向阀25、齿轮流量传感器26、转速扭矩仪27、角位移传感器 3 测试系统硬件 　　系统总体体系结构必须在满足要求的前提下具有一定的先进性、通用性和可扩展性(即开放性)等基本要求，我们采用了基于网络的两层结构形式（如图2）：上层为控制管理层，完成各种试验任务的分配、控制管理、系统监控等功能，采用通用的工业FAST ETHERNET网络技术实现；下层为现场控制层，采用PC－DAQ技术，完成现场各种传感器数据的采集、各种执行机构的控制，试验任务间的切换等功能。 　　硬件系统主要由微机系统，带变送器的相应各类传感器，通用型多功能A/D、D/A接口板、输入/输出端子板、示波器等组成。 　　计算机采用PⅢ/800PC机，并配以HP-LaserJet 6L激光打印机及绘图仪。 　　ＤＡＱ卡为PCL－812PG，包括Ａ/Ｄ、Ｄ/Ａ转换，数字输入/输出以及计数器操作等多种功能。其Ａ/Ｄ、Ｄ/Ａ转换精度为12 位，具有单端16路/差分8路模拟量输入、2路模拟量输出、开关量输入输出各8路、3路频率计数。 　　输入/输出端子板型号为PCL－880，在它的上面通过增加电阻和电容可实现滤波和电流/电压转换的功能。 压力、流量、差压、温度、转速及转矩传感器均带变送器，可输出4－20mA标准信号，先通过PCL－880进行滤波与电流/电压转换，再通过PCL－812PG数据采集卡进入计算机。这些参数也可以输入示波器进行显示。 　　电液比例方向阀和电液伺服阀工作电压和电流可由微机送出控制信号，经PCL－812PG数据采集卡的两个模拟量输出通道实现参数控制。 　　负载的变化可以通过PCL－812PG数据采集卡的开关量输出通道控制电磁开关阀的工作状态来实现。 4 测试系统软件 　　测试系统软件结构如图3所示，由四个主要元素构成：系统管理软件、应用程序、仪器驱动软件和I/O接口软件。可通过网络将本系统与其它系统相连，实现数据的共享,即实现“网络就是仪器”。 　　整个测控软件采用LabVIEW编程，软件采用模块式结构（如图4所示），由系统设置、项目选择与测试、结果处理、帮助和退出系统五个模块组成。 （1）系统设置模块 　　系统设置包括自检和硬件设置两个子菜单项。自检是在接好接口箱、装好“智能泵”，由用户确认后自动进行；硬件设置允许用鼠标点按选取具体的开关进行工作状态观察。 （2）项目选择与测试模块 　　测试模块是测控程序的核心模块。它调用测试的有关信息，由获得的各种检测数据操纵系统相关元件进行状态建立与转换、数据采集，最终经过数据处理算法获得各个测试点的检测结果。 （3）结果处理模块 　　结果处理项将负责各具体对象的规范化结果报表文件的生成、绘图、显示、打印及存储工作。 　　它是后期完成的工作，它对采样信号进行非实时的再现和处理，如频谱分析、图形处理等等，这部分所实现的功能是其它传统仪器所不具备的，是VI的优势部分。 （4）帮助和退出模块 帮助模块为用户提供联机帮助，指导用户正确操作；退出模块使系统退出测试。 5 测试结果 　　以下是智能泵速度驱动子系统的测试结果。当参考速度从0rpm变化到1000rpm时，在负载压力为0MPa和10MPa下的速度响应曲线如图5。可以看出：上升时间和超调量都较PID调节为短，其中，0MPa下超调为8％，调整时间为1.34s，而10MPa下无超调，调整时间为1.25s，说明了该方法对非线性系统大范围控制的有效性。 　　1000rpm下，10MPa负载压力扰动响应曲线如图6。由图可见，10MPa负载压力下速度下降量减小到了15％，调节时间减小到了1.26s，可见，调节性能有很大提高。 6 结束语 　　该系统将计算机控制、检测技术、计算机网络技术与液压控制系统有效地结合起来，可对液压系统各参量进行实时控制，对智能泵各种性能参数进行巡回跟踪检测。使智能泵测试进入了自动化、智能化阶段，同时为飞机智能泵计算机辅助故障诊断与在线检测提供了必要的技术储备，为开发基于网络的智能泵创造了条件。