索寶麗

摘 要：作為機械專業(yè)的一門基礎(chǔ)課程，液壓技術(shù)的教學需要理論和實踐相結(jié)合。液壓實驗臺是液壓技術(shù)課程進行實驗和實習的主要設(shè)備。為了適應(yīng)現(xiàn)代化教學的要求，為社會培養(yǎng)優(yōu)秀的技術(shù)人才，本文將虛擬儀器技術(shù)引入到液壓實驗臺的測控技術(shù)中，對虛擬儀器技術(shù)進行了介紹。

關(guān)鍵詞：虛擬樣機技術(shù) 液壓試驗臺

液壓控制技術(shù)以機械制造、微電子及計算機、材料工程、數(shù)學、力學以及控制科學為依托，充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，變得更為綠色化、模塊化和智能化。在此形勢下，基于虛擬儀器技術(shù)的新型液壓實驗臺正以其功能完善、性能靈活而且造價較低等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于各大院校和中職院校。

一、虛擬儀器的工作原理

液壓試驗臺采用虛擬樣機技術(shù)。這是一種基于產(chǎn)品的計算機仿真模型的數(shù)字化設(shè)計方法。虛擬樣機技術(shù)融合了先進的建模仿真技術(shù)、設(shè)計制造技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)，并將這些技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品的全生命周期和全系統(tǒng)的設(shè)計，進行綜合管理。

在液壓試驗臺中，虛擬儀器利用I/O接口設(shè)備完成信號的采集、測量與調(diào)理，由計算機軟件實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析和處理，通過計算機顯示器模擬傳統(tǒng)儀器控制面板并輸出檢測結(jié)果，完成各種測試功能。計算機在虛擬儀器中處于關(guān)鍵地位，用戶可以在現(xiàn)有條件下通過修改軟件改變儀器的功能。

采用虛擬樣機技術(shù)的新型液壓試驗臺能自由定義。虛擬儀器基于計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和接口技術(shù)，硬件實現(xiàn)模塊化、系列化，軟件將多種檢測功能集成于一體，不僅縮短了檢測時間，也提高了檢測的速度、精度、可靠性。數(shù)據(jù)處理器建立的功能性數(shù)學模型，使測試數(shù)據(jù)不會隨時間發(fā)生變化，保證了檢測結(jié)果的穩(wěn)定性和可重復性。虛擬儀器面板上的控件都是與實物相對應(yīng)的圖標。每個圖標都對應(yīng)著相應(yīng)的軟件程序，用戶可使用鼠標進行操作，也可根據(jù)自己需要，組合相應(yīng)的模塊實現(xiàn)不同的檢測功能。

二、虛擬儀器的構(gòu)成

虛擬儀器由硬件系統(tǒng)和應(yīng)用軟件兩大部分構(gòu)成。硬件系統(tǒng)由計算機硬件和測控功能硬件兩部分組成。計算機硬件平臺就是各種類型的計算機。計算機作為虛擬儀器的硬件支撐主要用來管理硬件、軟件資源。測控功能硬件主要完成被測信號的放大、A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集。具體測量儀器硬件模塊是指各種傳感器、信號調(diào)理器、A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）、D/A轉(zhuǎn)換器（DAC）、數(shù)據(jù)采集器（DAQ）。

作為虛擬儀器的核心，高性能的軟件模塊是虛擬儀器軟件技術(shù)的重點。根據(jù)VPP系統(tǒng)規(guī)范的定義，虛擬儀器系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)有：儀器I/O接口軟件、應(yīng)用軟件和儀器驅(qū)動程序。I/O接口軟件是對系統(tǒng)進行測試的軟件基礎(chǔ)，存在于I/O接口設(shè)備與儀器驅(qū)動程序之間，主要任務(wù)是完成對寄存器的數(shù)據(jù)的直接存取操作，并為儀器和儀器驅(qū)動程序傳遞信息。

儀器驅(qū)動程序存在于每個儀器模塊。儀器驅(qū)動程序的實質(zhì)就是為用戶提供函數(shù)集。這些函數(shù)集用于抽象的儀器操作。應(yīng)用程序?qū)x器的操作是通過儀器驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)的。只要有了儀器驅(qū)動程序，應(yīng)用程序設(shè)計人員即便不了解儀器內(nèi)部的操作過程，也可進行虛擬儀器系統(tǒng)的研究和設(shè)計工作。應(yīng)用軟件建立在儀器驅(qū)動程序之上，直接面對用戶，提供給用戶一個滿足用戶功能要求的友好界面。圖形化軟件開發(fā)平臺的提出使編程人員不再需要文本方式編程，可以減輕系統(tǒng)開發(fā)人員的工作量，使其將主要精力集中投入到系統(tǒng)設(shè)計中。

三、虛擬儀器的應(yīng)用

傳統(tǒng)的液壓實驗臺功能單一，設(shè)備大多由繼電器電路控制，控制技術(shù)落后，自動化程度低，不能反映液壓技術(shù)與微電子及控制技術(shù)的有機結(jié)合，操作繁瑣，實驗抽象，測試精度低，不能滿足培養(yǎng)具有創(chuàng)新思維的高科技人才的要求。

根據(jù)電液比例閥和電液伺服閥的靜、動態(tài)特性測試要求，確定基于虛擬儀器的電液比例閥和電液伺服閥測試系統(tǒng)方案。利用虛擬樣機技術(shù)，可以對電液比例溢流閥的性能測試有：穩(wěn)態(tài)壓力控制特性測試、穩(wěn)態(tài)負載特性、輸入信號階躍響應(yīng)特性測試、負載流量階躍響應(yīng)特性測試、頻響特性測試。電液比例方向閥的性能測試有：穩(wěn)態(tài)流量控制特性測試、穩(wěn)態(tài)負載特性測試、壓力增益特性測試、輸出流量與閥壓降特性測試、輸入電信號階躍響應(yīng)特性測試、頻率響應(yīng)特性測試。電液比例流量閥的性能測試有：穩(wěn)態(tài)流量控制特性測試、穩(wěn)態(tài)負載特性測試。電液伺服閥的特性測試有：負載流量特性、空載流量特性、壓力特性、頻率響應(yīng)測試。

虛擬儀器作為教學的新手段，正在改變傳統(tǒng)的教學模式。在實驗室建設(shè)中，如果配置常規(guī)儀器、儀表，學校財力難以支付。運用虛擬儀器技術(shù)不但能滿足實驗教學需要，而且還可將這批微機用作其他有關(guān)計算機課程的教學用機，提高設(shè)備利用率，降低實驗室建設(shè)的成本。虛擬儀器與現(xiàn)有儀器配合，逐步取代傳統(tǒng)儀器，是一個必然的發(fā)展趨勢。

（作者單位：山東煤炭技術(shù)學院）endprint