基于MATLAB的液压试验台的数据采集与处理

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1、 自动化技术与应用201 0年第2 9卷第3期 经验交流 TechnIcaI CommunicatiOFIS 及显示终端来绘制各测试参数的图谱。 配合上述测试要求，CAT系统构成如图1所示。利 用该系统可完成被测试液压参数的采集、传输、显示和 处理。该系统的信号分为2类：模拟信号和数字信号，现 分别加以介绍。 臆刀博 帮l 液 压 压力僚感嚣2 L I 眈 研 饲 = =_ 0 垡 阚 l竺=：=!：厂=兰 l 端 H 工 蔫 子 控 试 排 帆 台 广。_=_。r- 图1 液压CAT系统 (1)模拟信号 压力、温度和流量传感器感应被测信号后，输出模 拟信号。其传感器输出的模拟信号送人对应数显

2、仪表， 以方便观察数据。数显仪表除对信号处理后加以显示 实际的压力、温度和流量外，同时把模拟信号送入IO 端子排进行模数转换板， 转换成数字信号后由计算机 对其进行处理81。 (2)数字信号 流量传感器感应流量脉冲信号，经信号线传输到对 应数显仪表，经仪表处理后，一方面，显示面板对实际流 量进行显示；另一面，输出数字信号。数字信号进入计算 机IO输入接口端，然后由计算机对其进行处理。 22液压测试系统原理 图2 液压测试系统原理图 为满足测试要求，所设计的液压系统如图2所示。 该系统具有如下特点： (1)系统配有压力、温度和流量传感器，便于计算 机对信号的采集。 (2)系统加载阀选用电磁比例溢

3、流阀，可以实现六 路不同规格的液压加载控制【1。 上图所示的是液压原理图，启动液压站，让其为P 口提供航空液压油，同时关闭电磁阀DTl、DT2、DT3、 DT4和DT5，这样即可构建出一条液压测试主回路：液 压油从P口进入测试系统，首先经过两级并联调速阀， 这是为了防止流速过快而损坏流量计等高精度设备，当 经过温度压力传感器TP 1时，液压测试系统可以采集 该装置的总体压力和进油管温度，如果压力或油温过 高，可通过工控机来反馈调节液压站的冷却器和减压 阀，以降低油温和压力。另外在TP1旁边附加一个耐 震压力仪表P M 1，用来鉴定采集卡的数据显示是否正 确。之后通过三通球阀FT l、回油压力仪

4、表PM2和压 力温度传感器TP2，即可使油路卸荷回至液压站，以避 免液压油的浪费。在这条主回路中，如果DT4和DT5 同时得电，油路便直接经过压力传感器PT 1和流量传 感器FT3后回流到T2和P2，这两个油口用来外接各类 压力阀，以便测试被试比例压力阀的动、静态特性曲 线；如果打开DT1和DT2，油路经过压力传感器PT5和 流量传感器FT2后回流到T1和P1，同时通过调节比例 溢流阀Bs2来控制进油口A1和Bl的压力，这样即可 测试出被试比例调速阀的耐压特性和其它动态特性曲 线。这也是本文不同于其他液压测试系统之处，因为一 般的液压测试系统只是测试某一系列的阀块，而本文所 设计的液压测试系统

5、可以同时测试两种类型的液压阀 的各种参数，比如：滞后性、死区特性、对称性和重复 精度等。 3 系统软件 3。1软件功能 为便于使用，软件所有菜单以及操作提示、实验结 果都使用中文界面。本测试系统采用MATLAB语言编 写，运行于windows环境下。其主菜单功能包括：数据 实时采集、实时数据的滤波及中值分析、数据存储及读 取、曲线绘制及打印等功能【91。 32 MATLAB数据采集与分析原理 321数据采集的原理 经验交流 TechnicaI Communications 自动化技术与应用2 01 0年第2 9卷第3期 Mathworks公司专门为MATLAB设计了一套数据 采集工具箱(DAQ

6、)，通过调用该工具箱中的函数可以控 制研华公司的数据采集卡，完成采集与分析任务 1。 MATLAB通过控制研华公司的采集卡，在编程、调试与 使用前，应正确安装卡的驱动程序，并对采集卡做好设 置，保证采集卡能够正常工作 。 采集总体步骤如下 ： (1) 对研华公司的多功能数据采集卡进行初始化： deregister(Advantech )； (2) 为数据采集卡建立模拟输入对象： AI=analoginput( advantech，0)； (3) 设置采样属性： Chan=addchannel(AI，0：5)；设置模拟输入通道 为6路 duration=inf；设置采样时间为无穷大 set(AI

7、，SampleRate ，6000)；设置采样频率为 6000Hz ActualRate=get(AI， SampleRate )；获取采 样频率 set(AI，SamplesPerTrigger ，duration*ActualRate)； 获取采样周期内的点数 (4) 启动数据采集卡： StaA(AI)； (5) 获取采集数据： 【data time=getdata(AI)； (6) 停止并删除数据采集卡设备： stop(AI) delete(AI)； 至此，一次完整的采集过程完毕。采集到的数据保 存在数组data中，根据不同用户的不同需求可以对这些 数组进行其他操作。 32。2数据分析原

8、理 美国Mathworks公司推出的MATLAB是面向科学 与工程的交互式计算软件，其本身提供了分析函数工具 箱，而该系统之所以选用MATLAB，正是因为它具有强 大的数值分析处理能力，不仅可以对大量的实时采集数 据进行滤波和插值分析，以达到用户所需要求，还可以 将历史数据进行还原，并将其可视化引。 本文实例中需对采集到的数据做滤波处理，得出研 究对象的线性度曲线。液压测试系统从DA板卡采集 实时数据，下表1所示的是任取六个通道的1 2组数据， 如表1所示。然后按下式进行标度变换，便得到对应的 电压与压力关系图。 表1 六通道实时电压值(单位：V) N-,III 0 1 2 3 4 5 1 3

9、133 0242 18 o638 0907 0571 2 2987 02哇5 1907 0673 0957 0637 3 3，065 0，018 2500 0070 1475 0J474 4 3134 0020 25 0067 1469 0476 5 3201 0，244 i887 0692 0951 0635 6 2962 0241 1892 0753 0943 0623 7 3026 0242 1869 061t 0901 0576 8 3014 0018 2500 0070 148O 0484 9 3133 0021 25 0071 1468 0474 10 2579 0018 25 0

10、078 1477 0481 11 3109 0242 1875 0606 0903 0574 12 3133 02l2 25 0074 i035 03l7 Yaz=()， 一YIIli )(x ax一 lIli )】 ( 一 Tli ) 式中 ，为参数实际测量值(如流量或压力等)； ax、 为参数量程最大、最小值；Y 和yIIlin为与 ，和 _mi 所对应的DA转换值。 对上列数据进行标度变换后，再用MATLAB进行 可视化处理，可得六通道压力实时曲线如图3所示。 六通道压力实对由绒 厂 、 7 乙一 r 一一 ： ， ， ： ： j 图3 中值滤波后的压力曲线图 4 结束语 该实验台的计算

11、机辅助测试系统经过连续事件的 (下接第95页) 苞 瑟鞣 经验交流 TechnicaI Communications 自动化技术与应用201 0年第2 9卷第3期 子技术，2004，27，(19)：68-89 【9虞鹤松，张飙，范刚LED显示屏高速数据通讯接口设计 J国外电子元器件，2005，(2)：5659 n 0】冯寿鹏，张大鹏基于嵌入式系统的LED信息显示技术 研究【J】现代电子技术，2006，29，(23)：158160 11刘清明嵌入式系统的LED点阵显示控制系统设计J 中国水运(理论版)，2006，4(6)：95-96 12】袁海林基于FPGA的LED点阵显示系统的设计J】计 算机

12、应用，2007(8)：l1-13 作者简介：葛超(1 9 8 0一)，男，讲师，硕士研究生，研究方向 检测控制技术及智能装置。 (上接第85页) 运转表明，测试系统工作正常，操作方便，数据采集和处 理精度和效率较高，同时该软件系统也带来很多方便， 如自动采集和处理现场信号；计算机自动打印测试报告 以及曲线等。通过该液压元件测试台的研究，为日后的 液压C A T提供了一种新的可靠的技术手段，也为液压 测试技术的发展，找到了一个新领域。 参考文献： 1 J武汉华远控制技术有限公司，三江航天集团液压测试系 统项目技术资料Z，2009 【2】王利强，彭月详，宁可庆计算机测控系统与数据采集卡 应用M】北

13、京：机械出版社，2007 3】魏晨阳，朱健强用MATLAB控制NI采集卡实现高精 度数据采集与分析功能J微计算机信息，2005，21(2)：5657 4】周林，殷侠数据采集与分析技术【M，西安：西安电子科 技大学出版社，2005 【5】研华(中国)培训中心数据采集应用Z】，2004 6】周渊，李淳，李震基于MATLAB的数据采集与分析系 统的设计J电子质量，2004，(2)：3-4 7】刘卫国，陈昭平，张颖MATLAB程序设计与应用【M 北京：高等教育出版社，2002 8李炎新，高成等用MATLAB实现高速数据采集自动化 测控技术，2002，21(11)：9-10 【9崔文革，吉英存MATLA

14、B在测试与测量中的应用【J】 计算机自动测量与控制，2001，9(SO)：4446 作者简介：胡学军(1 9 6 7一)，男，讲师，研究方向：控制理论与 控制工程。 (上接第92页) 经过近半年的生产调试，本系统运行安全可靠、 控制稳定。我们在设计、生产、安装和调试中执行严 格的ISO9001质量管理规范，管理层系统有严格的用户 权限功能，保证了系统的安全运行。网络结构布局合 理，设备网和控制网既能相互结合，又能相互独立。当 上层控制网出现故障时，系统能把控制权限交由设备 层控制，保证整个工艺线的正常运行。对各类操作人 员实施操作授权管理，人员操作安全、设备安全符合 国家相关规范。在保证安全可

15、靠的前提下，系统还具 有良好的开放性，主要措施为：采用开放的通用的网络 接口和计算机硬件、操作系统，采用开放式的数据库 管理系统。 本系统设计易于重构，对制丝工艺适应性 强，使用户具有高度的系统集成自主权，人性化的操作 界面，通过对各工艺设备状态真实直观的反映，使操作 人员清楚地掌握整个工艺线设备的运行状态和过程， 具有完善的报警、提示、诊断功能。能充分满足分组 加工的要求。 参考文献： 1】PROFINET产品样本【Z】，2005 【2】SCALANCE X工业以太网交换机产品样本Z2009 3】国家烟草专卖局卷烟工艺规范Z中央文献出版社， 2003 4崔坚西门子工业网络通信指南M】北京：机械工业出 版社，2005 5阳宪惠工业数据通信与控制网络M】北京：清华大学 出版社，2003 作者简介：张海军(1 9 8 0一)，男，助理工程师，主要从事烟草 机械的电气产品设计研发工作。