基于LabVIEW的變速器實(shí)驗(yàn)臺(tái)性能分析軟件設(shè)計(jì)

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書設(shè)計(jì)（論文）題目：基于LabVIEW的變速器實(shí)驗(yàn)臺(tái)性能分析軟件設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院指導(dǎo)教師：副教授 教授 2006年06月16日目錄摘要Abstract21 緒論31.1 課題來源及意義31.2 課題針對(duì)的汽車變速器換檔試驗(yàn)臺(tái)31.2.1 試驗(yàn)臺(tái)的功能31.2.2 試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)41.3虛擬儀器及其發(fā)展?fàn)顩r41.3.1 虛擬儀器和圖形化編程語言 LabVIEW41.3.2 國外虛擬儀器的發(fā)展?fàn)顩r61.3.3 國內(nèi)虛擬儀器的發(fā)展?fàn)顩r71.4 課題研究內(nèi)容81.4.1 功能選擇81.4.2 參數(shù)設(shè)置81.4.3 數(shù)據(jù)采集91.4.4 波形及數(shù)據(jù)顯示9

2、1.4.5 數(shù)據(jù)分析及處理102 理論分析及硬件選型112.1 課題相關(guān)理論-數(shù)據(jù)采集112.1.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)112.1.2 采樣參數(shù)及方式162.2 數(shù)據(jù)采集卡選型212.2.1 數(shù)據(jù)采集卡的功能及軟件配置212.2.2 選用數(shù)據(jù)采集卡NI-PCI 6220223 軟件平臺(tái)及界面設(shè)計(jì)253.1 課題相關(guān)的LabVIEW 系統(tǒng)功能253.1.1 模板功能253.1.2 函數(shù)功能283.2 設(shè)計(jì)系統(tǒng)界面303.2.1界面內(nèi)容303.2.2 設(shè)計(jì)應(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求324 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)334.1 軟件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)334.1.1 軟件設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備工作334.2.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)334.2 軟件開發(fā)34

3、4.2.1 功能選擇窗口的設(shè)計(jì)開發(fā)344.2.2 參數(shù)設(shè)置功能的開發(fā)384.2.3 傳感器監(jiān)視的實(shí)現(xiàn)484.2.4 數(shù)據(jù)采集窗口的設(shè)計(jì)494.2.5 數(shù)據(jù)分析及處理功能的開發(fā)514.2.6 線性擬合程序的編制58結(jié) 論60致 謝61參考文獻(xiàn)62全套設(shè)計(jì)聯(lián)系小企鵝摘要本文在對(duì)汽車變速器換檔試驗(yàn)臺(tái)性能需求分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了變速器換檔試驗(yàn)臺(tái)性能分析軟件的開發(fā)。該軟件采用了LabVIEW 開發(fā)平臺(tái)，基于其先進(jìn)的虛擬儀器思想，充分利用其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集及處理功能和低成本、高效率的優(yōu)點(diǎn)。本文開發(fā)的性能試驗(yàn)軟件具有傳感器系數(shù)標(biāo)定，通道及通道電壓范圍選擇，數(shù)據(jù)庫維護(hù)，傳感器監(jiān)視，數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)，進(jìn)行性能和疲勞試

4、驗(yàn)分析并形成報(bào)告，系數(shù)線性擬合等功能，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)采集、存儲(chǔ)、分析處理、顯示與打印。系統(tǒng)將Access 數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)文件相結(jié)合，充分發(fā)揮了庫文件大容量、多功能和數(shù)據(jù)文件操作簡捷方便的優(yōu)點(diǎn)；由試驗(yàn)參數(shù)自動(dòng)命名并產(chǎn)生數(shù)據(jù)記錄文件，快捷方便，極易理解，形成了獨(dú)到的存取特色。本文對(duì)各部分開發(fā)過程進(jìn)行了詳細(xì)具體的解釋說明，使系統(tǒng)達(dá)到了實(shí)用、開放和智能化的要求。關(guān)鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW；數(shù)據(jù)采集AbstractThe paper is the studies of the performance analysis of the shift test-bed of automobile transmi

5、ssion, upon which the performance analyzing software of the shift test-bed of the transmission is developed. The software adopts the Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench with its sophisticated virtual instrument, takes advantage of its powerful capabilities of data acquisition and pro

6、cessing and the characteristics of its high efficiency but low cost. The newly developed performance test software may serve many functions, namely, setting curser parameters, selecting a channel and its volt range, maintaining database, supervising a curser, data acquisition and storage, conducting

7、 experimental analysis, and reporting on performance and fatigue, making a linear fit coefficients, which indicates that the software may accomplish the operations: collecting and storing signals, analyzing and processing of these signals and displaying and printing.This system combines the database

8、 and data files together, taking full use of the advantages the large capacity of the data files, multi-functions and easy operation of the data files. The system combines them with Access database and data files, which shows the advantage of the large and multi-functional capacity of data files, an

9、d easy operation to data files. And it is named and automatically and then forms data log file by experimental parameters, quick, convenient and easy to understand, which is a special memory access. The paper elaborates and interprets the detailed process of the development of every part in order to

10、 enable to meet the requirements of practicability, open-endedness, and intelligence.KeyWords：virtual instrument, laboratory virtual instrument engineering workbench, data acquisition1 緒論1.1 課題來源及意義隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國汽車的年產(chǎn)量和社會(huì)保有量也都在迅速增加。汽車質(zhì)量的優(yōu)劣，關(guān)系到我國汽車產(chǎn)業(yè)的生死存亡和能否在世界市場上占有一席之地。對(duì)汽車及其相關(guān)產(chǎn)品的檢驗(yàn)是提高其質(zhì)量重要途徑。本課題來源于唐

11、山弘基傳動(dòng)測試技術(shù)有限公司測試汽車變速器性能的試驗(yàn)現(xiàn)場。汽車變速器作為汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的重要部件，其工作狀況直接影響到傳動(dòng)系統(tǒng)的性能，關(guān)系到整車的質(zhì)量。目前對(duì)汽車變速器進(jìn)行研究和試驗(yàn)的關(guān)鍵技術(shù)都被美國，德國，日本等幾個(gè)發(fā)達(dá)國家所控制，我國關(guān)于這方面的研究還很不成熟，這在很大程度上限制了我國汽車工業(yè)的發(fā)展，因此在我國開展有關(guān)汽車變速器相關(guān)試驗(yàn)研究是很必要的，無論在理論或是實(shí)際中都有很重要的意義。本課題是基于 LabVIEW 的汽車變速器換檔實(shí)驗(yàn)臺(tái)性能分析軟件設(shè)計(jì)，充分利用了虛擬儀器開發(fā)的低成本、高效率優(yōu)點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的集成度和縮短了開發(fā)周期。很好的實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的工作數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)采集、保存和分析處理的

12、功能，完成了對(duì)系統(tǒng)性能的準(zhǔn)確評(píng)估，充分反映了系統(tǒng)的實(shí)際情況。1.2 課題針對(duì)的汽車變速器換檔試驗(yàn)臺(tái)1.2.1 試驗(yàn)臺(tái)的功能該變 速 器 換 檔 試 驗(yàn) 臺(tái)適合于汽車FR式變速器的換檔疲勞壽命、性能試驗(yàn)。能實(shí)現(xiàn)高速情況下的轉(zhuǎn)速精確控制。能夠?qū)崿F(xiàn)變速器兩個(gè)檔（順序、交叉）之間的檔位變換、利用計(jì)算機(jī)與采集模塊、PLC進(jìn)行通訊，可以檢測采集換檔力，換檔位移，同步轉(zhuǎn)速，同步扭矩等數(shù)據(jù)。利用以上檢測數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)算出最大換檔力，平均換檔力，二次進(jìn)入力，換檔沖量，同步?jīng)_量等。用最小二乘法生成時(shí)間沖量曲線、可以繪制換檔力位移曲線等。也可以把換檔力曲線分成若干段，進(jìn)行分析及處理功能。具體完成的試驗(yàn)項(xiàng)目有：同步器

13、壽命試驗(yàn)、同步性能試驗(yàn)、強(qiáng)制換檔、跳躍換檔耐久試驗(yàn)和倒檔換檔性能試驗(yàn)。1.2.2 試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)由機(jī)械拖動(dòng)系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)及氣動(dòng)換檔控制系統(tǒng)組成。機(jī)械系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、模擬汽車的慣性飛輪、扭矩轉(zhuǎn)速傳感器、各種支架和平臺(tái)組成。整個(gè)系統(tǒng)采用直線式布局，結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整維護(hù)容易。采用大型整體平臺(tái)和高強(qiáng)度支承系統(tǒng)，剛性好，能有效地消除和減小振動(dòng)和諧振。驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用變頻調(diào)速專用電機(jī)，轉(zhuǎn)速可達(dá)6000rpm。電氣系統(tǒng)主要包括變頻器、可編程序控制器、計(jì)算機(jī)、采集模塊、各種拉壓力，位移、轉(zhuǎn)速、溫度、扭矩等傳感器，溫度調(diào)節(jié)器及轉(zhuǎn)速、拉壓力等智能儀表。變頻器為進(jìn)口的三菱公司變頻器，性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠，能進(jìn)行

14、精確轉(zhuǎn)速控制?？删幊绦蚩刂破鞑捎脷W姆龍公司生產(chǎn)的PLC，無誤動(dòng)作，可靠性高。氣動(dòng)換檔控制系統(tǒng)主要包括雙活塞桿氣缸及電磁閥、調(diào)壓閥、節(jié)流閥、支架等組成。氣缸及電磁閥、調(diào)壓閥、節(jié)流閥等氣動(dòng)元件為SMC進(jìn)口元件。性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠。通過可編程序控制器PLC程序控制可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、手工換檔動(dòng)作控制。計(jì)算機(jī)與采集模塊進(jìn)行通訊，高速的采集數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，利用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行計(jì)算、處理、繪圖、分析并形成試驗(yàn)報(bào)告。驅(qū)動(dòng)馬達(dá)慣慣性飛輪扭矩傳感器變速器固定支架換檔機(jī)構(gòu)傳感器換位機(jī)構(gòu)傳感器圖1 試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡溫度、轉(zhuǎn)速壓力、位移 1.3虛擬儀器及其發(fā)展?fàn)顩r1.3.1 虛擬儀器和圖形化編程語言 LabVIEW虛擬儀器（V

15、irtual Instrumentation）是基于計(jì)算機(jī)的儀器。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。粗略地說這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。下面的框圖反映了常見的虛擬儀器方案。被測對(duì)象信號(hào)調(diào)理 數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)處理虛擬儀器面板圖2 常見的虛擬儀器組建方案虛擬儀器的主要特點(diǎn)有：盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件

16、?？沙浞职l(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器。用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。虛擬儀器實(shí)際上是一個(gè)按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號(hào)處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計(jì)算機(jī)語言是美國NI公司的LabVIEW。LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境的簡稱，它用圖標(biāo)代替文本語言來創(chuàng)建程序，是一種圖形化編程語言，已被廣泛用于虛擬儀器的開發(fā)。虛擬儀器是 LabVIEW 的核心，在儀器的發(fā)展中起了巨

17、大的作用。它與傳統(tǒng)儀器相比，功能更強(qiáng)、處理速度更快、頻帶更寬、用途更廣、操作更簡單、體積更小、可擴(kuò)充性更好。虛擬儀器可以充分利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算、存儲(chǔ)和顯示功能，因而在降低儀器成本的同時(shí)，使儀器的靈活性和數(shù)據(jù)處理能力大大提高，可以更方便的組建測試系統(tǒng)。LabVIEW廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。它集成了滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能，還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都

18、生動(dòng)有趣。 圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。使用這種語言編程時(shí)，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。1.3.2 國外虛擬儀器的發(fā)展?fàn)顩r隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，用微機(jī)進(jìn)行數(shù)字化測試分析的理想終于成為現(xiàn)實(shí)。其中幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)包括：微機(jī)的精度、速度；模數(shù)轉(zhuǎn)換的精度、速度；內(nèi)存、硬盤的存儲(chǔ)量和速度；計(jì)算機(jī)與A/D的價(jià)格問題

19、都已解決，加上各種功能的專用軟件發(fā)展，促使了在國內(nèi)外掀起了VI熱。美國國家儀器公司(NI)于1986年提出了虛擬儀器的概念，并且不斷研制和推出了基于多種總線系統(tǒng)的VI儀器。VI技術(shù)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器技術(shù)完美的結(jié)合，充分利用快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)來提高測試計(jì)量儀器的功能性能.虛擬儀器概念是對(duì)傳統(tǒng)儀器概念的重大突破，以其為代表的虛擬測試技術(shù)是自動(dòng)化測試技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新時(shí)代，是測試技術(shù)走上信息化、集成化以及模塊化、系列化、標(biāo)注化的重要標(biāo)志。美國是虛擬儀器的誕生地，也是全球最大的虛擬儀器制造國和出口國，生產(chǎn)虛擬儀器的主要廠家有NI公司、HP公司、Tektronix公司、Racal公司等，每個(gè)公司的產(chǎn)

20、品都有80-100種左右，在國際儀器市場上具有較強(qiáng)的競爭力，這些公司領(lǐng)導(dǎo)著VI技術(shù)和產(chǎn)品的新潮流，是推動(dòng)VI技術(shù)發(fā)展的主動(dòng)力。迄今為止，VI已經(jīng)經(jīng)歷了GPIB總線、基于PC機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡(PC-OAQ)、VXI總線三種典型標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)。1997年，NI公司發(fā)布了一種全新的開放性、模塊化儀器總線規(guī)范PXI，將成為一種主流的虛擬儀器測試平臺(tái)。同時(shí)出現(xiàn)了一系列用于VI產(chǎn)品開放圖形化編程環(huán)境，LabVIEW, Lab Windows/CVI, HP VEE等。1998年，NT公司發(fā)布可互換虛擬儀器(Interchangeable Virtual Instruments, IVI)和虛擬硬件(Virtu

21、al Hardware, VH)的概念，按照VH概念，設(shè)計(jì)的產(chǎn)品已經(jīng)面市；IVX基金也已于1998年8月在美國正式成立，并發(fā)布了相應(yīng)的IVX技術(shù)規(guī)范。虛擬儀器技術(shù)誕生雖然只有十幾年的歷史，但它的發(fā)展速度是驚人的，已廣泛應(yīng)用與科研生產(chǎn)的許多領(lǐng)域:聲學(xué)測試、音波側(cè)試、汽車測試、生物醫(yī)學(xué)測試、光纖校準(zhǔn)、光學(xué)測定及度量、半導(dǎo)體測試、電信測試、振動(dòng)測試、工業(yè)自動(dòng)化、實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化、機(jī)械監(jiān)控、石油和天然氣處理、藥品加工、過程自動(dòng)化、統(tǒng)計(jì)、過程控制等等。目前在美國，許多大學(xué)都有自己的虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室，不但進(jìn)行虛擬儀器的研究與開發(fā)，而且還將虛擬儀器作為一門課程向?qū)W生傳授，為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)條件，讓學(xué)生親自動(dòng)手，學(xué)習(xí)建立自己的虛擬儀器系統(tǒng)。美國國家儀器公司(ND每年在美國各高校的大學(xué)生中舉辦虛擬儀器設(shè)計(jì)大賽，鼓勵(lì)和推廣虛擬儀器的使用。據(jù)美國權(quán)威雜志統(tǒng)計(jì)