基于LabVIEW的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)智能測(cè)控系統(tǒng) 2011-05-04 11:17:42來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
0 引言
摩擦材料是汽車制動(dòng)系統(tǒng)必不可少的功能材料。用摩擦材料制成的剎車片，不但直接影響汽車的操作性、可靠性和舒適性，而且很大程度上影響其安全性。因此摩擦材料的性能在汽車行業(yè)中一直受到高度重視。而性能良好的摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)則是摩擦材料性能測(cè)試必不可少的工具。
摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的性能在很大程度上取決于其測(cè)控系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行自適應(yīng)控制以及模糊控制等規(guī)律控制，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)參數(shù)的實(shí)時(shí)獲取，并以曲線或表格的形式動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)實(shí)時(shí)參數(shù)等已成為測(cè)控領(lǐng)域的整體發(fā)展趨勢(shì)。本文利用LabVIEW語(yǔ)言編寫(xiě)了測(cè)控系統(tǒng)程序，該測(cè)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量，可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和嵌入C語(yǔ)言進(jìn)行復(fù)雜數(shù)據(jù)處理；可對(duì)實(shí)時(shí)參數(shù)進(jìn)行曲線顯示、存儲(chǔ)和報(bào)表處理；編制的系統(tǒng)軟件具備人機(jī)對(duì)話功能，操作簡(jiǎn)單、方便。是智能的人機(jī)交互系統(tǒng)。該測(cè)試系統(tǒng)可進(jìn)行恒載荷和恒轉(zhuǎn)矩類型的多種摩擦磨損試驗(yàn)。
l 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)介紹
該摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)又叫Chase試驗(yàn)機(jī)，主要用于對(duì)汽車制動(dòng)襯片的安全情況及摩擦磨損特性做出報(bào)告。用于SAEJ661和ISO7881等標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)摩擦材料進(jìn)行分級(jí)及質(zhì)量控制。
1．1 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的基本要求
為達(dá)到試驗(yàn)規(guī)定的要求，測(cè)控系統(tǒng)必須具備以下功能：測(cè)量精度滿足GB／T17469-98的要求；可滿足高速、高溫、高載荷下的測(cè)試要求；能完成試驗(yàn)過(guò)程中的轉(zhuǎn)速、壓力、溫度等試驗(yàn)參數(shù)的設(shè)定及摩擦正壓力、摩擦力矩、轉(zhuǎn)速、摩擦轉(zhuǎn)盤(pán)溫度、汽缸進(jìn)口壓力等性能參數(shù)的測(cè)量；對(duì)測(cè)量參數(shù)與其設(shè)定值進(jìn)行比較，形成閉環(huán)控制，使轉(zhuǎn)速、壓力和溫度維持在試驗(yàn)要求范圍內(nèi)；能實(shí)時(shí)顯示、記錄試驗(yàn)過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù)并生成報(bào)表。
同時(shí)，試驗(yàn)過(guò)程中摩擦塊與試驗(yàn)盤(pán)之間應(yīng)始終保持貼合狀態(tài)，無(wú)振動(dòng)現(xiàn)象；試塊裝卡應(yīng)便利、可靠，無(wú)松緩、卡死現(xiàn)象。
1．2 摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)環(huán)節(jié)
該試驗(yàn)臺(tái)可完成恒轉(zhuǎn)矩試驗(yàn)和恒載荷試驗(yàn)。恒轉(zhuǎn)矩試驗(yàn)要求系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)調(diào)整比例閥來(lái)控制輸出壓力的大小，使轉(zhuǎn)矩保持恒定。恒載荷試驗(yàn)則要求輸出壓力始終為恒定值。這其中根據(jù)加載的連續(xù)與否可分為：斷續(xù)拖磨和連續(xù)拖磨，該試驗(yàn)機(jī)中跟據(jù)國(guó)標(biāo)所進(jìn)行的預(yù)處理試驗(yàn)、終處理試驗(yàn)、磨損試驗(yàn)和恢復(fù)試驗(yàn)都是斷續(xù)拖磨；而第一次衰退試驗(yàn)和第二次衰退試驗(yàn)則屬于連續(xù)拖磨。
2 試驗(yàn)機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
2．1 試驗(yàn)機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
測(cè)控系統(tǒng)的硬件構(gòu)成如圖1所示。

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系統(tǒng)中調(diào)速電機(jī)通過(guò)變頻器可進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，輸出氣壓的大小通過(guò)調(diào)整比例閥的大小來(lái)控制。加熱開(kāi)關(guān)、風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)和壓力開(kāi)關(guān)則分別通過(guò)相應(yīng)的繼電器進(jìn)行控制。
2．2 傳感器
為了精確的完成各類數(shù)據(jù)的測(cè)量，完成各個(gè)環(huán)節(jié)的測(cè)試，裝置中設(shè)置了五個(gè)參數(shù)測(cè)量傳感器(包括三路溫度傳感器)，其精度滿足GB／T17469-98中所規(guī)定的要求。其具體參數(shù)見(jiàn)表1。


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2．3 信號(hào)調(diào)理
來(lái)自傳感器的信號(hào)一般都比較小且極易受噪聲影響，有些信號(hào)存在很高的尖峰值，不能直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)之前需先進(jìn)行放大、濾波、隔離等預(yù)處理，也就是信號(hào)調(diào)理，下面就其中的兩路調(diào)理電路做簡(jiǎn)單介紹，如圖2所示。


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在圖2中：
(1)V／I轉(zhuǎn)換電路是將工控機(jī)輸出的1～5 V電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20 mA的電流信號(hào)。因?yàn)樵撛囼?yàn)機(jī)中的調(diào)節(jié)氣源的比例閥是靠電流來(lái)進(jìn)行控制，故首先要將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)。其電路圖見(jiàn)圖2(a)，其比例關(guān)系為：I=VR27／R1R61，其中：V為輸入電壓；I為輸出電流。電路中各個(gè)電阻應(yīng)選擇精密電阻，以保證V／I轉(zhuǎn)換的精度。
(2)I／V轉(zhuǎn)換電路是將從溫度、壓力傳感器采集到的4～20 mA電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的1～5 V的數(shù)字信號(hào)。其電路圖見(jiàn)圖2(b)，由上面電路可以推算出其轉(zhuǎn)換關(guān)系為：V=IR19(1+R107／R99)。其中：I為輸入電流；V為輸出電壓；各個(gè)電阻也應(yīng)選擇精密電阻。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的各路信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，可以看出，經(jīng)由調(diào)理電路的處理，輸入／輸出的各路數(shù)字／模擬信號(hào)都有明顯的改善，干擾信號(hào)大大減少，調(diào)理效果很明顯。
2．4 數(shù)據(jù)采集卡
該系統(tǒng)使用北京研華公司的采集卡PCL-818L和PCL-836，其中PCL-818L卡有16路模擬輸人通道，12位A／D轉(zhuǎn)換分辨率，一路12位模擬輸出通道，一個(gè)16位計(jì)數(shù)器，采樣率為40 kHz。PCL-836包括6個(gè)獨(dú)立的16位計(jì)數(shù)器，10 MHz的計(jì)數(shù)頻率，還有兩個(gè)數(shù)字I／O接口。
3 試驗(yàn)機(jī)測(cè)控系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)
3．1 試驗(yàn)測(cè)控系統(tǒng)程序流程
試驗(yàn)機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的控制流程如圖3所示。