轮式底盘测功机数据采集控制系统设计

轮式底盘测功机数据采集控制系统设计
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赵　玮,王　强,陈世明,莫方伟
(解放军理工大学工程兵工程学院,江苏南京　210007)
摘　要:介绍了底盘测功机的采集控制系统的组成和工作过程。

测功机数据采集控制系统由主控机、测功机控制系
统、各项参数检测传感器及其信号调理电路组成。

主控机与测功机控制柜可实现对电机的共同控制,采用模糊P I D 控制器调节电枢电压来改变电机扭矩,达到加载效果。

计算机软件采用VB 6.0设计,实现检测数据的接收,显示和打印。

关键词:底盘测功机;数据采集;模糊P I D 控制
中图分类号:U270.1 文献标识码:A 文章编号:1006-4414(2010)02-0092-02
D esi gn of da t a collecti on and con trol syste m of a wheel type cha ssis dynam om eter
Zhao W ei,W ang Q iang,Chen Shi -m in,Mo Fang -wei
(Engineering institute of engineering crops,N anjing PLA university of science and technology,N anjing J iangsu 210007,China )
Abstract:The data collecti on and contr ol syste m and woking p r ocess of a wheel type chassis dyna mometer was intr oduced .The data collecti on and contr ol syste m of the wheel type chassis dyna mometer consists of a master computer,the dynamometer contr ol syste m,sens ors and signal modulating circuits .The electr omot or can be j ointly contr olled by the master computer and dyna mometer contr ol box .The t orque of the electr omot or can be contr olled thr ough adjusting ar mature voltage by a fuzzy P I D contr oller .The s oft w are which designed by VB 6.0can accomp lish data receiving,dis p lay and p rint .Key words:chassis dyna mometer;data collecti on;fuzzy P I D contr oller
1　底盘测功机检测控制系统
轮式底盘测功机可以在各种模拟道路状况下可以完成的检测项目主要有车辆底盘输出功率、驱动
力、加速性能、滑行和制动性能以及车速表的准确性等。

为了能在同1台体上完成被检机械的动力性能与制动性能检测,并满足大型车辆和轮式工程机械低速大扭矩的特点,采用直流电力测功机取代电涡流测功机。

直流电力测功机的控制参数为电枢电压,通过调节直流电机的电枢电压来改变电机的转矩。

当测功机为负载时,滚筒带动电机转动,直流电机发出的直流电经DCS 直流调速系统逆变为交流电,通过DCS 直流调速系统调节电机的上网电流控制其转速
和转矩[1]。

底盘测功机的数据采集控制系统包含2个子系统。

①数据采集系统,其功能是通过JC 转矩转速传感器来测量连接滚筒的转速与转矩信号;②控制系统,它对从JC 转速转矩传感器获得的信号进行处理,完成A /D 转换,并确定对测功机中直流电机的电枢电流,从而改变电机转矩。

底盘测功机数据采集控制系统包括主控计算机、显示器、键盘、鼠标、打印机、PC I 200卡和6509数字I O 模块。

主控计算机采用工业控制计算机,是整个
系统的控制与管理的核心,完成的功能包括测试控制、故障诊断控制、图形用户界面显示以及系统管理等。

测控系统可和直流电力测功机的控制柜连接,实现远程控制。

主控计算机可以控制整个台架的移动,完成对车辆的检测;且通过安装在台架上的温度、压力、湿度传感器传回的数据,对所测结果进行校正。

多通道模拟量采集卡采用PC I 200卡,是一种基于PC I 总线的数据采集卡,可直接插在I B M -PC /AT 或与之兼容的计算机内的任一PC I 插槽中。

PC I 2003数据采集模块采集转速、扭矩、油压、温度等信号,并将其转换为数字信号,通过CAN 通讯卡将信号传递给计算机。

6509数字I O 模块控制底盘检测系统各液压缸阀门动作及检测行程开关到位情况。

整个测量控制系统如图1所示。

2　数据采集系统
2.1　传感器和信号调理电路
滚筒的转速和转矩采用JC 转速转矩传感器检测,作业现场的温度、大气压力和湿度等信号通过相
应的传感器获得。

信号调理电路对来自各传感器的带有干扰的模拟信号进行滤波、消除高频干扰,将微
弱的信号放大,并对波形进行整形[2]。

2.2　数据采集卡
(1)多路开关,采用AD7051将各路信号轮流采
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29・・机械研究与应用・
3收稿日期:2010-03-05
作者简介:赵　玮(1984-),男,山西太原人,在读硕士,研究方向:军用机械机电一体化。

集至放大电路的输入端,对信号实行分时采集处理。

(2)信号放大器,由于传感器发出的电信号比较微弱,放大器将多路开关采集的模拟信号进行放大。

(3)采样保持器,主要针对转速转矩信号进行保持,并在一定周期内进行采集,在A /D 转换过程中的信号保持不变。

(4)A /D 转换,完成信号的模数转换,使计算机通过测量脉冲信号的频率和宽度等参数获得转速和
转矩等参数[3]。

工业控制计算机与直流电力测功机控制柜采用RS -232C 串行通讯接口方式进行通讯。

数据采集系统将JC 转速转矩传感器获得的信号转换为滚筒的转速与扭矩,通过对传感器发出的两路正弦信号进行放大,滤波和整形后输入计数器。

工控机通过控制采集卡输出电压信号来调节直流电力测功机的电枢电压,进而控制直流电机的转矩。

图1　检测系统框图2.3　模糊P I D 控制器
以往的测功机的电模拟控制系统一般采用常规P I D 控制。

常规P I D 控
制需要求出各个组成部分的数学模型,而且数学模型
不容易改变,不具
有在线调节参数的功能,导致模拟车辆行驶工况的精度受限。

实际上,测功机的加载是自动的,比如设定车辆行驶速度为50km /h 时加载,但实际速度为不定值。

由于受速度影响,加载的电枢电压与转矩为非线性关系。

经典控制理论只能对定常线性系统取得较
好控制效果,而模糊控制不需要精确的数学模型[4]
,只需要根据经验建立模糊规则进行控制[5]。

有必要将模糊理论引入控制系统,实现P I D 参数最佳调整。

P I D 控制算法简单,存储量与计算量少;但如果解决参数的自适应问题,就会导致算法复杂且计算量大,而模糊P I D 就解决了这些问题。

3　计算机软件设计
主控计算机与各项参数采集系统采用多机通讯方式,利用单片机的多机通讯位采用分时方法实现数
据采集,实现台体的移动的转速转矩等的测量,而直流电力测功机的控制可通过测功机控制柜直接控制,也可通过主控机实现远程控制。

整个软件分为控制功能模块、信号采集处理模块、参数设定模块和打印输出模块。

登陆程序完成车辆的基本信息录入和检
测项目的设定,检测控制程序完成各个项目的检测和测功机台体控制以及绘制曲线和打印检测结果报表。

软件整体结构如图2所示。

图2　软件整体结构
计算机数据采集控制软件采用VB6.0设计[6]。

编制VB 串行口通讯,采用MSComm 控件。

计算机使用MSComm 控件与主控机通讯采用事件中断方式,针对不同数据,数据格式需要定义。

数据之间需要有分隔代码隔开,数据格式为3XXYYY#;3与#为数据之间的分隔代码,XX 为测试的项目,如转速01、转矩02、烟度03、油耗04等,YYY 为该项目的检测数据。

软件识别各个项目的代码,通过显示器把数据显示在相应的窗口。

操作员可通过计算机获得各项数据,并可打印检测报表。

其检测程序主要包括里程表校验、车速检测、底盘输出功率检测以及车辆油耗与烟度排放的检测。

4　结　语
轮式底盘测功机应用范围广、控制精度高、检测项目全面且准确,在保证车辆修理质量、减轻劳动强度、提高维修效率等方面将会发挥了很大作用,将对进一步规范车辆维修工作、提高维修质量和效益产生积极影响。

轮式底盘测功机不仅能够检测中小型机械和车辆,而且可以检测大型工程机械和车辆,为探索大型机械车辆维修模式、维修检测技术、维修标准奠定了良好的硬件基础。

参考文献:
[1]　湘仪动力测试仪器有限公司.西门子直流调速器说明书[Z ].
2002.
[2]　张琳娜.传感检测技术及应用[M ].北京:中国计量出版社,
1999.
[3]　高光天.模数转换器应用技术[M ].北京:科学出版社,2001.[4]　段其昌,吴正东.基于LABV I E W 的模糊控制P I D 底盘测功机设
计[J ].电子测量技术,2007,2(30):87-90.
[5]　刘　豹,唐万生.现代控制理论[M ].北京;机械工业出版社,
2006.
[6]　吴有宇,张爱民,秦神祖.基于VB 的测功机控制实现[J ].计算
机工程,2004,3(30):176-179.
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39・・机械研究与应用・。