测试技术火炮系统报告

测试技术基础报告火炮制动性能检测系统
一、现有火炮制动检测系统调研
牵引式火炮良好的制动性能是火炮在行军时的安全保障，在投入使用之前必须检测调试到安全范围内。

而传统的检测方法是通过拖车牵引火炮到指定速度后制动通过炮轮与地面的摩擦痕迹来测算火炮的制动参数。

这种方法费时费力并且对炮轮也有磨损。

最重要的是，它测得的各项参数误差较大。

我们小组设计的火炮制动性能测试系统通过模拟火炮的行军能利用较少的资源更好地测试火炮的制动性能
现有火炮制动检测系统都是采用双电动机来驱动，系统采用惯性制动原理，电机分别驱动的滚筒对给予火炮炮轮相同的检测速度。

电机转速由微机通过变频器控制。

系统中的滚筒相当于一个移动的路面，检测台上各对滚筒分别带有飞轮，起惯性质量与受检火炮行进时的惯性质量相当。

因此滚筒传动系统具有相当于火炮在道路上行驶的惯性，制动时，轮胎对滚筒表面产生阻力，虽然这时驱动滚筒传动系统的动力（电动机的动力）已被切断。

但由于滚筒传动系统具有一定的惯性因而滚筒表面将相对于车轮移过一定距离。

这种检测台的主要检测参数是两轮的制动距离，同时还可以测得制动时间和减速度等参数。

电机与滚筒轴分离后火炮开始制动，与滚筒轴相连的编码器将分别把火炮炮轮从制动时刻到制动结束的转速准确测出。

传输到微机处理后能得到上述参数，再结合两轮所测参数还可以计算出其制动时的跑偏量。

二、我们的设计方案
创新点：采用棘轮机构使用单电机驱动
由于采用的是单电机驱，因而也只使用一个变频器，与现有现有火炮制动检测系统相比，不仅结构简单而且更经济。

具体方案：
采用惯性制动原理，电机驱动带有棘轮机构的轴转动，由棘轮机构分别驱动两侧的滚筒，对给予火炮炮轮相同的检测速度。

电机转速由微机通过变频器控制。

系统中的滚筒相当于一个移动的路面，检测台上各对滚筒分别带有飞轮，起惯性质量与受检火炮行进时的惯性质量相当。

因此滚筒传动系统具有相当于火炮在道路上行驶的惯性，制动时，轮胎对滚筒表面产生阻力，虽然这时驱动滚筒传动系统的动力（电动机的动力）已被切断。

但由于滚筒传动系统具有一定的惯性因而滚筒表面将相对于车轮移过一定距离。

电机开始制动后，由于采用的是棘轮机构，两飞轮的运动互不影响，与滚筒轴相连的编码器将分别把火炮炮轮从制动时刻到制动结束的转速准确测出。

传输到微机处理后能得到上述参数，再结合两轮所测参数还可以计算出其制动时的跑偏量。

惯性式制动检测台具有可在任何车速下进行火炮制动效能检验的优点，因此，其实验条件接近火炮的实际行驶工况。

整套装置原理框图如下：
三、机构设计
设计思想:
整个检测平台将处于地坑之中，两侧的滚筒、飞轮相对独立。

电机通过带传动方式驱动带有棘轮机构的轴转动，棘轮机构与两滚筒轴的轴相连。

前后两对滚筒之间、飞轮与前滚筒之间均采用链传动。

以保证三者之间的转速相等，并减少能量传递时的损耗。

电机开始制动后，由于采用的是棘轮机构，两飞轮的运动互不影响，两侧的滚筒、飞轮相对独立。

系统的机构设计图如下：
飞轮安装简图：
设计参数:
检测火炮各项参数如下：
火炮质量： M=1.5t 火炮炮轮直径： D=1.5m
检测速度：v=30km/h 检测精度：0.1m
检测平台参数如下：
滚筒直径：d=0.5m 飞轮直径: d'=0.8m 飞轮厚度0.08m
四、传感器的选择
根据检测精度0.1m选择所用传感器过程如下：
0.1*2/d'=0.4rad=22.9°
360°/22.9°=15.7
故只要编码器线数大于16就能满足检测精度的要求。

市面上大多数编码器都能满足这一要求。

所以经济性、实用性成为主要的选择标准。

我们经过反复比较之后选择了北京莱格超精光电研究所研发的E1050-14。

编码器的具体参数如下：
型号 E1050-14
位数 14
分辨率(") 80
精度(") ±100
最高允许转速 200r,p,m
外径尺寸Φ50×40
输出轴尺寸Φ6×12
结构形式电路外配
重量 250g
电源电压 DC+12V±5%,+5V±5%
光源 LED
输出信号并行二进制代码(含电路信号处理
单元)TTL电平
使用温度 -40℃∽+55℃
保存温度 -50℃∽+70℃
工作环境相对湿度温度+35℃,相对湿度95%
振动 6G
冲击 50G
光栅盘刻线数 2000线
编码器的安装：
由于我们没有找到该编码器的安装说明书，所以我们参考其他编码器的安装方式来安装该编码器。

编码器通过一个梅花型弹性联轴器与测试机构的滚筒的轴同心相连。

鉴于滚筒轴与编码器中轴直径相差甚大。

联轴器与编码器轴相连端设计了一个锥形套筒。

通过套筒编码器与联轴器结合。

编码器的后端则插入检测台上突出的支架中。

编码器安装图如下所示：
（联轴器采用10瓣的梅花型弹性联轴器）
五、数据采集卡（接口模块）
该系统采用PCI-1780采集卡，具体使用见下面程序。

六、数据采集与处理具体程序与软件
本火炮制动性能检测系统的具体工作流程如下：
1．滚筒转速检测及制动距离检测子程序:
它负责检测滚筒的转速以及车辆的制动距离。

检测部分程序的思路：创建一个定时循环，循环的周期为0.5秒，当进入循环时，打开PCI-1780采集卡，读取计算器记录的脉冲个数，复位，关闭采集卡。

如此反复循环，每0.5秒检测一次滚筒转动的角度，即可检测到滚筒的转速。

当左右轮采集到的滚筒转速相等时，发出制动信号，然后如上每0.5秒检测一次滚筒转动的角度，即可检测到滚筒的转速，直至两个滚筒都停止转动。

通过换算，可以得到车辆的制动距离。

2．制动信号采集程序：
制动信号可以由行程开关控制。

当要制动时，行程开关闭合，由此发出一个制动信号。

数据采集卡具有数字量输入功能，无输入时默认为高电平，因此可将行程开关与地相连。

当开关闭合时，输出低电平信号。

采集到制动信号后，同时给变频器发送停止工作命令，即进入制动状态。

3．变频器启动/停止命令子程序：
由于变频器接受的数据格式为ASCII 码字符串,所以在命令写入串口之前必须先进行数据格式的转换,这里子VI 的作用就是将各种参数值转换成ASCII 码
字符串,然后写入串口。

以变频器的启动为例，根据设定的变频器的启动数据格式,以十六进制形式发送0110 0000 0001 0200 0167 90 ,利用反馈节点将此字符串拆分成字符串数组,再转换为数值数组,然后利用字Byte Array To St ring. VI 模块,将字节数组转换成ASCII 码字符串。

变频器接受ASCII 码后经过算法还原,然后去执行相应的操作。

就可以启动变频器,程序代码框图如图1所示。

变频器的停止类似，只是根据设定的变频器的停止数据格式，发送十六进制数。

图1 变频器发送数据代码框图
4．变频器频率控制子程序：
串口通信操作前面板如图4 所示,直接在面板上设置参数,简洁明了,易于操作。

在试验过程中可以随意连续的更改转数,实现无级调速。

图2 串口通信操作前面板
5．变频器串口通信子程序：
采用中文版LabVIEW 8. 2 进行通讯编程, 从变频器设置转数到启动再到停止有一个顺序和时间过程,因此本程序主要采用顺序结构和层叠式结构实现。

具体步骤如下:
(1) 初始化串口, 利用VISA Configure SerialPort . VI 设置PC 与变频器通信的基本参数:端口号、波特率、奇偶校验、数据位、停止位、缓冲区大小;
(2) 利用VISA Write. VI 写端口,根据变频器的通讯协议把设定转数的动作参数变成命令符,然后把整个命令帧以ASCII 码字符串的形式发送到串口;
(3) 利用Wait (ms) . VI 延时等待,主机发送命令到变频器,变频器判断命令正确后将数据返回给主机需要一定时间,故这一步需要设置延时等待。

等待时间可根据变频器的响应时间确定,也可以通过LabVIEW 的中的工具确定出程序运行时间来设置等待时间;
(4) 再利用VISA Write. VI 写端口,把启动的动作参数写成命令帧并以字符串形式写入VISA Write.VI 的缓冲区。

以上4 步即可完成变频器以一定的转数转动。

写命令到串口的过程在While 循环里进行,变频器启动后不需要停止,可以直接连续地设置变频器的转数来更改电机转动速度,While 循环内采用延时等待处理,延时500 ms ;同理,停止命令以一个层叠式顺序结构和上面(2) ,
(3) 两步命令层叠进行,同样先需要设定变频器转数为零,然后延时等待,最后把停止命令以字符串形式发给串口,完成变频器的停止动作;最后,利用VISA Close . VI 关闭串口;串口不再使用时需要关闭,使其处于空闲状态,便于下一次打开串口。

整个串口通信完毕后用Exit LabVIEW. VI 退出此程序。

程序的主要代码框图如图3 所示。

图3 串口通信程序代码框图
6．转速控制子程序
参数确定
参数整定的实质是通过改变调节器的参数,使其特性和过程特性相匹配,以改善系统的动态和静态指标,取得最佳的控制效果。

工程整定法不需要事先知道过程的数学模型,方法简单,计算简便,易于掌握,虽然是一种近似方法,所得整定参数不一定为最佳,但却相当实用,故而采用工程整定法。

根据选定的控制度,查
表求得T、Kp 、、的值。

设控制度为1. 05 ,根据经验取临界比例度δk = 20 % ,临界振荡周期= 60 s 。

程序流程图设计
根据参数就可编制PID 控制的程序。

其主程序流程图：。