300192 天津市計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)科學(xué)研究院 天津|王衛(wèi)

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試論沖擊機(jī)械性能微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

300192 天津市計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)科學(xué)研究院 天津|王衛(wèi)

本文針對(duì)實(shí)際工況下沖擊機(jī)械沖擊隨動(dòng)系統(tǒng)多參數(shù)同步測(cè)試、測(cè)控過程復(fù)雜、面對(duì)較多干擾因素的特點(diǎn)，對(duì)之采取“并行測(cè)試”的辦法，研究了微機(jī)控制為基礎(chǔ)的輔助測(cè)控系統(tǒng)，從軟硬件兩個(gè)層面上對(duì)其間的各種動(dòng)態(tài)測(cè)試問題加以解決。液壓沖擊機(jī)械；沖擊性能參數(shù)；測(cè)控硬件

沖擊性能試驗(yàn)系統(tǒng)

a測(cè)量原理

在沖擊機(jī)構(gòu)性能評(píng)價(jià)參數(shù)這一體系中，一定壓力下沖擊件運(yùn)動(dòng)頻率（f）和沖擊能量（E）是最為重要的數(shù)據(jù)。所謂“沖擊能”指的是每沖擊一次所獲得的能量；在運(yùn)動(dòng)速度和沖擊件質(zhì)量分別以為m和νm表示時(shí)，其計(jì)算公式為E=1/2mνm

2。由此可見，只要對(duì)單次沖擊運(yùn)動(dòng)（沖擊間）距離加以檢測(cè)，便可得到運(yùn)動(dòng)速度，借助于f（同步測(cè)量所得）而獲得P=Ef這一沖擊功率。若沖擊行程不變的話，沖擊流量、沖擊壓力便是主要的系統(tǒng)沖擊能隨機(jī)影響條件因素。將之和各種參數(shù)測(cè)試相互結(jié)合，便可獲得沖擊機(jī)械工作能力的分析和評(píng)價(jià)。

b測(cè)量方法

作為“隨動(dòng)系統(tǒng)”的液壓沖擊運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，其沖擊件運(yùn)動(dòng)速度、沖擊頻率、流量、壓力等動(dòng)態(tài)參量都是連續(xù)的，應(yīng)在沖擊機(jī)械運(yùn)動(dòng)階段進(jìn)行測(cè)試，其間需要連續(xù)并行測(cè)試、記錄、采樣，然而傳統(tǒng)測(cè)試多為脫機(jī)處理數(shù)據(jù)、單獨(dú)測(cè)量參數(shù)、間斷采樣；為保證數(shù)據(jù)真實(shí)，需要并行測(cè)量設(shè)備運(yùn)行時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)各參數(shù)，在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，也應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)動(dòng)環(huán)境加以盡可能模擬，從而提出“在線測(cè)試”的辦法和以微機(jī)控制為基礎(chǔ)的測(cè)試思想。

以光電位移微分非接觸方法設(shè)置測(cè)試系統(tǒng)，運(yùn)動(dòng)件則以專用閥操縱，以測(cè)量沖擊件尾部測(cè)桿行程得到其運(yùn)動(dòng)位移，對(duì)沖擊速度采取微分儀測(cè)量。其他參數(shù)均以傳感器測(cè)量完成，并且借助微機(jī)采集、處理數(shù)據(jù)。

微機(jī)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

a微機(jī)測(cè)試系統(tǒng)

以PISR閉環(huán)控制（目標(biāo)參數(shù)已選定）。借助于測(cè)試通道、外部設(shè)備等模塊對(duì)以下要求加以滿足且自動(dòng)實(shí)現(xiàn)：①測(cè)試條件規(guī)范化，設(shè)定測(cè)控變量和參數(shù)的活動(dòng)在試驗(yàn)中。②自動(dòng)完成和檢測(cè)PISR閉環(huán)控制，標(biāo)定和調(diào)試主要參數(shù)，對(duì)結(jié)果加以隨機(jī)顯示和自動(dòng)測(cè)定。③能夠開展出廠和沖擊性能型等方面的試驗(yàn)。④按所需自動(dòng)生成圖形和報(bào)告等。

b系統(tǒng)軟件

軟件結(jié)構(gòu)：系統(tǒng)正常工作的前提在于軟硬件系統(tǒng)的合理，在軟件設(shè)計(jì)方面，考慮到其工作的復(fù)雜性而采取“逐層模塊”形式的程序。在其間主要兩個(gè)系統(tǒng)程序在于主調(diào)度和分系統(tǒng)測(cè)試。前者作用為：①按需調(diào)用相應(yīng)模塊；②建立“自穩(wěn)零條件”；③初始化測(cè)試系統(tǒng)等。后者則采用相對(duì)獨(dú)立、各自實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整功能的各種模塊來綜合檢測(cè)各內(nèi)容；在獲得了主程序調(diào)用之后，再按目的加以初始化，自動(dòng)完成相關(guān)數(shù)據(jù)的建立，并按所需完成測(cè)試并進(jìn)行后期處理。按功能，可將系統(tǒng)軟件劃分為3種模塊，從而在主程序調(diào)用之下實(shí)現(xiàn)完整功能。

系統(tǒng)集合模塊：這一模塊具備完整功能，在系統(tǒng)中對(duì)其有相應(yīng)的按測(cè)試功能劃分的設(shè)計(jì)；由若干基礎(chǔ)、功能模塊共同構(gòu)成，在實(shí)驗(yàn)中，主程序調(diào)用之后可以開展一系列動(dòng)態(tài)采樣、參數(shù)標(biāo)定、參數(shù)采樣、檢測(cè)之類活動(dòng)。

系統(tǒng)功能模塊：作為軟件“核心”。其主要借助于某一基礎(chǔ)模塊的調(diào)用來對(duì)獨(dú)立功能加以完成，而主調(diào)程序又可對(duì)其加以調(diào)用，即其是軟件中間層次的一個(gè)“程序模塊體”；且其自身同樣可以對(duì)一些測(cè)試要求加以獨(dú)立完成。按照測(cè)試目標(biāo)，其總共有13個(gè)程序模塊。是功能模塊的初始化狀態(tài)。其一經(jīng)調(diào)用，便能夠按閾值條件控制測(cè)控系統(tǒng)油溫，并可以輸入各方面參數(shù)。

系統(tǒng)基礎(chǔ)模塊：該模塊數(shù)量最多，位居軟件體最底層，職能單一，只能被兩類上層模塊調(diào)用。在系統(tǒng)中類型較多，包括繪圖和報(bào)告打印、坐標(biāo)設(shè)定、參數(shù)顯示和打印、采樣控制、參數(shù)采樣設(shè)定、測(cè)控初始化之類。數(shù)字采樣模塊。在調(diào)用后即可完成相應(yīng)功能。

軟件特點(diǎn)：由于沖擊機(jī)械的測(cè)試內(nèi)容較多且處于動(dòng)態(tài)更新中，本系統(tǒng)“逐層軟件模塊化”在此方面優(yōu)越性明顯：①各層模塊不向上層調(diào)用，顯得條理清晰、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔。②可單獨(dú)調(diào)試、設(shè)計(jì)模塊，故而更加容易修改和擴(kuò)充，以組成新模塊或更改功能，提升系統(tǒng)靈活性。③很多模塊具通用性，可加以系列化、通用化。

c系統(tǒng)硬件

主機(jī)及控制接口硬件：因?yàn)闇y(cè)控系統(tǒng)“工作環(huán)境”位于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，干擾因素和測(cè)控參數(shù)眾多，故而以改進(jìn)后的工控機(jī)作為系統(tǒng)核心，省略了很多接口，采取測(cè)試控制通道來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

測(cè)控通道：為有效提升各個(gè)信息變換“薄弱環(huán)節(jié)”的可靠性和精確度。設(shè)計(jì)中應(yīng)用了“磁電兼容”這一理論，采用高階有緣濾波器、整機(jī)電源系統(tǒng)等以降低干擾。以“模塊化設(shè)計(jì)”處理測(cè)控通道硬件，由6類新型測(cè)控硬件模塊構(gòu)成。其借助于控制器、二階網(wǎng)絡(luò)、各接口等采集和交互參數(shù)信號(hào)數(shù)據(jù)。同時(shí)形成“線性光耦模塊”設(shè)計(jì)，以其處理系統(tǒng)模/數(shù)信號(hào)（D/A），使之輸出電路負(fù)載減輕，系統(tǒng)可靠性得以提升。以數(shù)字控制模塊設(shè)置于I/O接口出口處，從而控制其和各數(shù)字采集通道間關(guān)系。并以蝸輪流量傳感器對(duì)系統(tǒng)流量加以檢測(cè)的形式保證數(shù)字采樣規(guī)范性；以壓力傳感器和橋路信息模塊完成采集和交換壓力信號(hào)的活動(dòng)。

參考：

［1］黃菁，劉青春.DSP與AD轉(zhuǎn)換器的接口電路設(shè)計(jì)［J］.電子技術(shù)，2012（04）

［2］董大明，方勇華，熊偉.基于DSP系統(tǒng)的增強(qiáng)型JTAG接口［J］.計(jì)算機(jī)工程，2010（08）