基于虚拟仪器的溢流阀性能计算机辅助测试系统设计测控技术与仪器专业论文

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1、基于虚拟仪器的溢流阀性能计算机辅助测试系统设计 xxxxxx机械工程学院测控技术与仪器专业062班级，xxx 723003指导教师：xxx摘 要 在JSP-04E型液压实验台上实现由液压泵、溢流阀、调压阀组成的溢流阀性能测试系统。传感器从液压回路中获取压力、流量信号，再由研华的数据采集卡进行采集，然后由LabVIEW从采集卡将信号采集到程序界面，进行溢流阀静态和动态性能测试，从而得出系统所需的测试值。主要用到的虚拟仪器软件就是LabVIEW，用到的采集卡就是研华公司生产的PCL-818L。本次设计依托 LabVIEW操作平台组建了流量、压力测试系统，并在图形化编程语言 LabVIEW 环境下编

2、写了实现信号采集与处理以及曲线拟合的子程序，并给出了详细的溢流阀性能实验的测试与控制过程的虚拟前面板及程序框图。并在此根底上对实验结果进行了分析、讨论。虚拟仪器在溢流阀性能测试上的开发应用，提高了实验过程的自动化和智能化水平以及溢流阀性能的测试效率和精度。关键词 虚拟仪器 ; 溢流阀 ; 采集卡; 测试与控制Based on virtual instrument of relief valve performanceTest system designDangYanBoGrade06, Class2, Major Monitoring and control technology and in

3、strument, School of Mechanical engineering, Shaanxi University of Technology, Hanzhong, 723000, ShaanxiTutor: YanGuoyingAbstract: Realization of the hydraulic pump, relief valve and pressure regulator composition of relief valve performance test system in the JSP-04E hydraulic test bench. Sensor gai

4、n the pressure and flow signal from hydraulic loop, by the data acquisition card of Advantech collecting. And from the acquisition card by LabVIEW will signal acquisition to programming interface, for relief valve static and dynamic performance testing. The use of virtual instrument software is LabV

5、IEW, PCI-818L is a acquisition card, which is used and produced by Advantech. This design relying on LabVIEWs operating platform we set up the flow and pressure test system. And has written signal acquisitions and dealing with subprogram and the test research under the environment of language LabVIE

6、W. Take performance experiment of the relief valve as an example and give detailed course of test and control in the front board and procedure block. We have analyzed and discussed the experimental result on the basis of this. The development application on the relief valve performance testing of th

7、e virtual instrument has improved the automation and intelligent level and test efficiency and precision of the relief valve performance testing of the experiment course.Keywords: Virtual instrument; Relief valve; Acquisition card; Test and Control目 录1 绪论11.1 课题研究的目的意义11.2 虚拟仪器技术11.2.1 虚拟仪器的特点11.2.2

8、 虚拟仪器的开展趋势31.2.3 虚拟仪器的硬件构成41.2.4 虚拟仪器的软件平台61.2.5 虚拟仪器的功能71.2.6 图形化编程语言LabVIEW及其应用71.2.7 LabVIEW开发环境使用简介81.2.8 User Libraries简介162 液压系统及实验原理概述192.1 液压实验台192.2 溢流阀212.3 溢流阀性能实验原理23溢流阀静态特性实验23溢流阀动态特性实验253 系统方案设计及选择273.1 方案的设计273.1.1 方案1273.1.2 方案2273.2 方案的选择284 溢流阀性能测试系统的硬件设计294.1 传感器的选择294.1.1 压力传感器29

9、4.1.2 流量传感器304.2 数据采集卡的选择324.2.1 PCL-818L的介绍324.2.2 PCL-818L安装与测试335 溢流阀性能测试系统的软件设计435.1 溢流阀性能测试系统软件结构435.2 信号采集445.2.1 压力信号采集445.2.2 流量信号采集45参数标定475.2.4 信号抗干扰措施48总结49致谢50参考文献51附录521 绪论 课题研究的目的意义液压传动融合了数学、物理、流体力学、机械设计、控制工程、电器控制等方面的知识，在生产生活中应用相当广泛。液压元件在液压传动系统中又极其重要，其性能对整个液压系统的工作稳定性影响很大。所以此题目设立的目的是通过理

10、论和实践相结合，掌握液压传动技术必要的根本概念和根本理论，掌握主要液压元件的工作原理、结构特点、性能及使用，能进行液压传动方面的根本工程计算和系统设计，通过了解掌握LabVIEW组建系统的方法和编程，将初步对这一全新的虚拟仪器概念有更深刻的认识，用计算机辅助装置对溢流阀性能进行智能测控，培养学生综合运用所学知识的能力，为毕业后从事相关领域的工作打下良好的根底。1.2 虚拟仪器技术1986年美国国家仪器公司(NI national instruments)首先提出了虚拟仪器的概念。所谓虚拟仪器(VI Virtual Instrument)是指通过应用程序将通用计算机与功能化模块结合起来，用户可以

11、利用计算机强大的数据处理、存储、图形环境和在线帮助功能，建立图形化界面的虚拟仪器软面板，完成对仪器的控制、数据分析、存储和显示，改变传统仪器的使用方式，提高仪器的功能和使用效率，大幅度降低仪器的价格，且使用户可以根据自己的需要定义仪器的功能。1.2.1 虚拟仪器的特点与传统仪器相比，虚拟仪器打破了传统仪器的“万能功能概念，充分利用计算机技术强调“软件就是仪器的新概念，软件在某种程度上可以完成传统仪器不可能实现的硬件测试功能仪器或系统的功能、规模可以由用户自己定义，虚拟仪器的开放性和功能软件的模块化，使得组建系统变得更加灵活、简单。虚拟仪器是建立在当今世界最新的计算机和数据采集技术根底上的，技术

12、更新很快。虚拟仪器具有以下性能优点: 1) 软件是虚拟仪器的核心。虚拟仪器的硬件确立后，它的功能主要是通过软件来实现的，所以美国国家仪器公司就曾提出一个著名的口号软件就是仪器。 2) 虚拟仪器的性价比高。一方面，虚拟仪器能同时对多个参数进行实时高效的)测量，而且，用户也可以随时根据需要调整虚拟仪器的功能，大大缩短了仪器在改变测量对象时的更新周期。另一方面，采用虚拟仪器还可以减少测试系统的硬件环节，从而降低系统的开发本钱和维护本钱，因此，使用虚拟仪器比传统仪器更经济。 3) 虚拟仪器的出现，缩短了仪器厂商与用户之间的距离。虚拟仪器使得用户能够根据白己的需要定义仪器的功能，利用虚拟仪器，用户可以组

13、建更好的测试系统，并且更容易增强系统的功能。由于机能提供远胜于仪器内部的处理能力，因此，借助于一台通用数据采集系统或板幻，用户就可以通过软件构造几乎任意功能的仪器。 4) 虚拟仪器具有良好的人机界面。在虚拟仪器中，测控操作是通过计算机屏幕上的、与传统仪器面板相似的友好图形界面来实现的。 5) 虚拟仪器具有和其它设备互联的能力。如和总线或现场总线等的接口能力，此外，还可以将虚拟仪器接入网络，以实现对现场生产的监控和管理。 6) 虚拟仪器的硬、软件都具有开放性、模块化子可重复使用及互换性等特点。因此，用户可以根据自己的需要灵活组合，大大提高了使用效率，减少了投资。虚拟仪器将通用的计算机与功能化模块

14、硬件结合起来，用户可以通过图形界面来操作，就像在操作自己定义、自己设计的一台单个仪器一样，从而完成对被测试量的采集分析、判断、显示、数据存储等。它的根本构成包括计算机、虚拟仪器软件及硬件接口模块。与传统仪器一样，虚拟仪器同样可以划分为数据采集、数据分析处理和结果输出这三大功能模块，它们之间最主要的区别在于： 1虚拟仪器的功能由用户使用时自己定义，而传统的仪器功能由厂商事先定义好的。因此，传统仪器系统是封闭的、固定的，而虚拟仪器的功能是开放的、灵活的，其功能随着计算机技术的进步而不断开展。 2) 虚拟仪器对信号的分析、显示、存储、打印和其它管理，是由计算机来集中处理，具有强大的信号处理能力。由于

15、充分利用了计算机技术，提高了数据的传输、交换等性能，使得系统更加灵活、简单。 3虚拟仪器强调“软件就是仪器的概念，软件在仪器中充当了重要角色，在提高仪器性能或需要构造新的仪器功能时，可由用户自己改变软件来实现，而不必重新购置新的仪器，这是虚拟仪器与传统仪器最本质的区别。 4虚拟仪器的开放性和功能软件的模块化，使资源可重复利用，功能易于扩展，管理标准，使用简便，软件与硬件生产、维护和开发的费用降低。 5虚拟仪器的接口具有通用性、开放性，容易将现有设备仪器联网，实现远程控制，实现大规模自动化。与传统仪器相比，虚拟仪器在智能化程序、处理能力、性能价格比、可操作性等方面都具有明显的技术优势，具体表现为

16、： 1智能化程度高，处理能力强。虚拟仪器的处理能力和智能化程度主要取决于仪器软件水平。用户完全可以根据实际应用需求，将先进的信号处理算法、人工智能技术和专家系统应用于仪器设计与集成，从而将智能仪器水平提高到一个新的层次。 2复用性强，系统费用低。应用虚拟仪器思想，用相同的根本硬件可构造多种不同功能的测试分析仪器，就像一个高速数字采样器，可设计出数字示波器、逻辑分析仪、计数器等多种仪器。这样形成的测试仪器系统功能更灵活、系统费用更低。通过与计算机网络连接，还可实现虚拟仪器的分布式共享，更好地发挥仪器的使用价值。 3可操作性强。虚拟仪器面板可由用户定义，针对不同应用可以设计不同的操作显示界面。使用

17、计算机的多媒体处理能力可以使仪器操作变得更加直观、简便、易于理解，测量结果可以直接进入数据库系统或通过网络发送。测量结果还可打印，显示所需的报表或曲线，这些都使得仪器的可操作性大大提高。当然，虚拟仪器的特点还不止这些，作为新型仪器，还有许多传统仪器无法比较的地方。这使得虚拟仪器的应用领域非常广泛。1.2.2 虚拟仪器的开展趋势虚拟仪器技术经过十儿年的开展，标准化、模块化、软件化、网络化的开放式体系结构将成为未来虚拟仪器重要开展方向。为了更方便用户使用，各仪器制造商和各仪器标准化组织，都不断致力于对硬件和软件的标准化。VXI技术的开放式体系结构和模块化的自动测试技术，使之成为未来虚拟仪器理想硬件

18、。以PC机，特别是以工控PC为中心的体系结构，以其板卡的高性价比和丰富的软件而将被广泛应用。USB，由于其简单、快速、价格廉价，将在未来的虚拟仪器中得到广泛应用。VXI即插即用系统联盟为实现接口独立，将VISA标准定为编程接口。可互换虚拟仪器基金会(Interchangeable Virtual Instrument Foundation)提出了一种新的虚拟仪器驱动技术，即IVI标准，比VPP(VXI Plug & Play)标准又迈进了一步，使测试界二程师能够建立与测试系统无关的高性能硬件设备，使仪器驱动程序成为仪器测试系统中的标准部件。随着软件技术的开展，新的虚拟仪器软件开发工具不断涌现，

19、并朝着可视化编程方向开展，软件在虚拟仪器系统中的地位和作用越来越大。ActiveX，COM，DCOM，C/S模型、Internet等组件技术和网络技术的应用，使用户能够通过Internet实现远距离控制，将信息和多维空间相连，使远距离监测和控制变得更加容易，虚拟仪器正朝向网络化方向开展。1.2.3 虚拟仪器的硬件构成目前较为常用的虚拟仪器系统是数据采集卡(DAQ)系统、通用接口总线(GPIB)仪器系统、VXI仪器系统以及三者间的任意组合。1) 数据采集卡系统一个典型的数据采集系统由传感器、信号调理电路、数据采集卡、计算机四局部组成图一。工作时先把由传感器变换来的电信号，输入仪器的信号调理电路，

20、经调理电路进行放大整形，然后再经数据采集电路存人内存。整个过程由软件控制，采集到的数据由软件进行分析和处理。一个好的数据采集产品不仅应具备良好性能和高可靠性，还应提供高性能的驱动程序和简单易用的高层语言接口，使用户能较快速地建立可靠的应用系统。待测信号传感器信号调理电路数据采集卡PC计算机近年来，由于多层电路板、可编程仪器放大器、即插即用、系统定时控制器、多数据采集片实时系统集成总线、高速数据采集的双缓冲区以及实现数据高速传送的中断、DMA等技术的应用，使得最新的数据采集板卡能保证仪器的高准确度与可靠性。图1.1 数据采集卡系统硬件组成示意图2) DPIB仪器系统串口 RS232只能用作单台仪

21、器与计算机的连接，GPIB(General Instrumentation Bus)是仪器系统互连总线标准。技术可以说是虚拟仪器技术开展的前期阶段。GPIB技术的出现，使电子测量由独立的手工操作的单台仪器向组成大规模自动测试系统的方向迈进。一个典型的GPIB测量系统由一台PC机、一块GPIB接口板卡和假设干台GPIB仪器通过标准GPIB电缆连接而成。利用GPIB技术，可以用计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人操作方式，排除人为因素造成的测试测量误差，提高测试测量可靠性和效率。利用技术，还可以很方便地扩展传统仪器的功能，因为仪器是同计算机连接在一起的，在计算机这边增加各种不同的分析处理算法

22、，充分开掘现有仪器的潜力。3) VXI仪器系统VXI(VME Extension for instrumentation)总线是一种高速计算机总线。VME Bus即:IEEE-P1014总线标准总线在仪器领域的扩展，虚拟仪器系统中最引人注目的应用是基于VXI总线平台技术的自动测试仪器系统。VXI总线平台弥补了PC平台无统一插卡物理结构、机箱结构不利于散热和插卡接触可靠性差等缺陷，在VME总线的根底上，从电磁干扰(EMI)、冷却通风、功率耗散等方面考虑，增大了模块的间距及模块间的通信规程、配置、存储器定位和指令等，为模块式电子仪器提供了一个开放式结构，成为模块式测试系统的关键支撑技术。VXI仪器

23、系统以SCPI为仪器程控语言，综合了GPIB仪器和DAQ板的精华。将仪器与仪器、仪器与计算机更紧密地联系在一起。VXI的标准开放结构、即插即用(Plug & Play)和虚拟仪器软件体系结构VISA允许用户在组建系统时根据自己的实际情况自由选择仪器模块，而不必局限于一家厂商的产品，从而使系统得到优化。另外，VXI总线还提供了在机架层叠式的测试系统中不可能存在的、具有触发和同步能力的32位高速计算机总线。运用VXI技术可以方便地实现多功能、多参数的自动测试，为实现虚拟仪器提供了一个较好的硬件平台，代表着今后仪器系统的开展方向。日前全世界有300多个工厂生产与VXI相关的多种类型设备。已比较广泛地

24、应用于飞机测试、汽车工业、导航与航空电子设备、通信与其它电子系统。4) PXI 总线标准PXI(PCI Extension for Instrumentation)是在仪器领域的扩展。制定PXI标准的目的是为了将PC的性能价格比优势与PCI总线面向仪器领域的必要扩展结合起来，形成一种更好的虚拟仪器测试平台。PXI是在PCI内核技术上增加了成熟的技术标准和要求形成的。PXI总线符合工业标准，在机械、电气和软件特性方面充分发挥了总线的全部优点。PXI增加了用于多板同步的触发总线和参考时钟、精确定时的星型触发总线、相邻模块间高速通信的局部总线等，以此来满足试验和测量用户的要求。由于它基于PCI总线，

25、因此设备本钱低、运行速度快、体积更紧凑，有良好的兼容性和可扩展性。PXI系统的价格高于DAQ系统，低于GPIB和VXI系统，又具有良好的性能，是组建模块化仪器系统的良好选择。1.2.4 虚拟仪器的软件平台虚拟仪器软件开发平台直接决定了虚拟仪器可实现的功能，开发方式，易用性和可扩充性。aLabVIEW的启动b创立VI图1.2 LabVIEW的翻开虚拟仪器的开发软件通常可以分为通用软件和专用软件。通用软件就是我们常见的高级汇编语言，比方Visual C+，VB，Delphi，java等。使用通用软件进行开发具有较高的自由度，可以定义出具有独特个性的虚拟仪器，但是开发周期往往比较一长，开发难度比较人

26、。而专用软件一般是指专业的图形化编程软件，比方NI公司的LabVIEW、LabVIEW/CVI或者HP公司的VEE等。它们都向开发者提供了友好图形化开发界面，并且提供了大量的控件和仪器驱动程序可使用。开发者甚至可以并不了解某种具体的开发语言就可以开发出一些简单的虚拟仪器。相对而言，使用专用软件开发虚拟仪器系统编程容易，开发周期短。LabVIEW不仅为测试、测量以及过程控制领域提供了大量仪器面板对象，而且用户还可以方便地将现有的控制对象改成适合自己工作领域的控制对象。LabVIEW基于数据流编译型图形编程环境，解决了其它按解释方式工作的图形编程环境速度慢的问题。LabVIEW提供了功能强大的函数

27、库，从低层的I/O接口控制子程序，到大量的仪器驱动程序，从根本的数学函数、字符串处理函数到高级的分析库，均可供用户直接调用。此外，LabVIEW还支持Windows95/98NT,Macintosh，HP等操作系统平台，在不同平台上开发的应用程序可直接进行移植提供了DLL接口和CIN接口，使用户在LabVIEW平台上能调用其他软件平台编译的模块;提供对OLE的支持。正是由于LabVIEW的众多优点，使得它已经成为在数据采集、检测、数据分析等方面领先的开发平台，在世界范围内得到广泛应用。1.2.5 虚拟仪器的功能不管是传统的还是虚拟的仪器，它们的功能都是相同的：采集数据，对采集来的数据进行分析处

28、理，然后显示处理的结果。它们之间的不同主要表达在灵活性方面。虚拟仪器由用户自己定义，这意味着你可以自由地组合计算机平台、硬件、软件、以及各种应用系统所需要的附件。这一创新，使得用户能够根据自己的需要定义仪器功能，而不像传统仪器那样，受到仪器厂商的限制。虚拟仪器包括硬件和软件两个根本要素。硬件的主要功能是获取真实世界中的被测信号，可分为两类：一类是满足一般科学研究与工程领域测试任务要求的虚拟仪器。最简单的是基于PC总线的插卡式仪器，也包括带GPIB接口和串行接口的仪器；另一类是用于高可靠性的关键任务，如航空、航天、国防等应用的高端VXI仪器。虚拟仪器系统将不同功能、不同特点的硬件构成为一个新的仪

29、器系统，由计算机统一管理、统一操作。软件的功能在于定义了仪器的功能。虚拟仪器最重要、最核心的技术是虚拟仪器软件开发环境。作为面向仪器的软件环境应具备以下特点：一是针对测试工程师而非专业程序员，编程必须简单，易于理解和修改；二是具有强大的人机交互界面设计功能，容易实现模拟仪器面板；三是具有强大的数据分析能力和数据可视化分析功能，提供丰富的仪器总线接口硬件驱动程序。在一定配置的计算机和仪器硬件确定之后，软件成为了构造和使用虚拟仪器的关键。虚拟仪器的主要开发环境有BASIC、C(C)、VB、VC、Delphi、Labview、Labwindows/CAI等。其中BASIC和C语言等都是基于文本的传统

30、编程语言，而Labview、Labwindows/CAI是美国NI公司提供的虚拟仪器图形化软件开发平台。另外，仪器驱动程序与用户接口开发工具软件也是组建虚拟仪器软件的重要组成局部，它们是在特定环境下开发出来的，主要用于实现仪器硬件的通信和控制功能。1.2.6 图形化编程语言LabVIEW及其应用LabVIEWLaboratory Virtual Instrument Engineering Workbench是NI推出的虚拟仪器软件开发平台，它们能够以直观简便的编程方式、众多的源码级的设备驱动程序、多种多样的分析和表达功能支持，为用户快捷地构筑自己在实际生产中所需要的仪器系统创造了根底条件。L

31、abVIEW采用图形化编程语言-G语言，产生的程序是框图的形式，易学易用，特别适合硬件工程师、实验室技术人员、生产线工艺技术人员的学习和使用，可在很短的时间内掌握并应用到实践中去。特别是对于熟悉仪器结构和硬件电路的硬件工程师、现场工程技术人员及测试技术人员来说，编程就像设计电路图一样。因此，硬件工程师、现场工程技术人员及测试技术人员们学习LabVIEW驾轻就熟，在很短的时间内就能够学会并应用LabVIEW。也不必去记忆那眼花缭乱的文本式程序代码。像C或C+等其它计算机高级语言一样，LabVIEW也是一种通用编程系统，具有各种各样、功能强大的函数库，包括数据采集、GPIB、串行仪器控制、数据分析

32、、数据显示及数据存储，甚至还有目前十分热门的网络功能。LabVIEW也有完善的仿真、调试工具，如设置断点、单步等。LabVIEW的动态连续跟踪方式，可以连续、动态地观察程序中的数据及其变化情况，比其它语言的开发环境更方便、更有效。而且LabVIEW与其它计算机语言相比，有一个特别重要的不同点：其它计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码行，而LabVIEW采用图形化编程语言-G语言。LabVIEW程序又称为虚拟仪器，它的表现形式和功能类似于实际的仪器；但LabVIEW程序很容易改变设置和功能。因此，LabVIEW特别适用于实验室多品种小批量的生产线等需要经常改变仪器和设备的参数和功能的场合，及

33、对信号进行分析研究、传输等场合。由于LabVIEW能够为用户提供简明、直观、易用的图形编程方式，能够将繁琐复杂的语言编程简化成为以菜单提示方式选择功能，并且用线条将各种功能连接起来，十分省时简便。与传统的编程语言比较，LabVIEW图形编程方式能够节省85以上的程序开发时间，其运行速度却几乎不受影响，表达出了极高的效率。使用虚拟仪器产品，用户可以根据实际生产需要重新构筑新的仪器系统。例如，用户可以将原有的带有RS232接口的仪器、VXI总线仪器以及GPIB仪器通过计算机，联接在一起，组成各种各样新的仪器系统，由计算机进行统一管理和操作。1.2.7 LabVIEW开发环境使用简介LabVIEW开

34、发环境分为三局部：前面板Front Panel、程序框图Block Diagram、图标和连接端口Icon and Connector Pane。前面板和程序框图如图1.3所示。a前面板b前面板图1.3 前面板和程序框图例子前面板是由控件构成的图形化用户界面，用于设置输入数值和观察输出量。在前面板中，输入量控件被称为控制件Control，输出量控件被称为显示件Indicator，它们通过各种图标如按钮、旋钮、开关、图表等形式出现在前面板上。每个控件在程序框图中以端口图标的形式出现。如图a中所示，名为“STOP的按钮为控制件，名为“Sine的Waveform Graph波形图显示框为显示件。程序

35、框图由节点Node、端口Terminal和连线Wire组成，它利用图形语言对前面板上的控制对象即输入量和输出量进行控制。节点是实现函数功能的根本单元，在程序运行时完成一定的操作；端口是程序框图中传递数据的起点和终点；连线是程序框图中各个对象之间传递数据的通道，定义了程序框图内数据流动的方向，控制图形语言程序执行的顺序。如图b中所示，Simulate Signal函数和外层While循环框为节点，Waveform Graph波形显示框和STOP按钮为端口，Simulate Signal函数和Waveform Graph波形显示框之间有连线相接。图1.3中程序的功能是在前面板上显示正弦波图形，直到

36、按下STOP按钮为止。图标和连接端口用于把LabVIEW程序定义为一个子程序，从而实现模块化编程，图标是子程序在其它程序框图中被调用的节点表现形式，连接端口那么表示节点数据的输入、输出口。图标和连接端口可以让用户把VI程序变成一个对象(VI子程序)，然后在其他程序中像子程序一样地调用它。图标表示在其他程序中被调用的子程序，而接线端口那么表示图标的输入/输出口，就像子程序的参数端口对应着VI程序前面板控件和指示器的数值。LabVIEW具有三个可移动的图形化工具模板：工具模板Tools Palette、函数模板Functions Palette和控件模板Controls Palette，如图1.4

37、所示，这三个模板集中反映了该软件的功能与特征。a工具模版 b函数模版c控件模版图1.4 工具模板、函数模板和控件模板工具模板提供用于图形操作的各种工具，比方定位、标注、断点、连线、文字注释等；函数模板提供一些根本的数学函数和其他功能函数；控件模板提供前面板编辑所需的图像图标和一些特殊的图形。这三个模板是LabVIEW编程的主要工具。1工具图标有如下几种：表1.1 工具图标图标名称功能1 Operate Value操作值用于操作前面板的控制和显示。用它向数字或字符串控制中键入值时，工具会变成标签工具2 Position/Size/Select选择用于选择、移动或改变对象的大小。当它用于改变对象的

38、连框大小时，会变成相应形状。3 Edit Text编辑文本用于输入标签文本或者创立自由标签。当创立自由标签时它会变成相应形状。4 Connect Wire连线用在流程图程序上连接对象。假设联机帮助的窗口被翻开时，把该工具放在任一条连线上，就会显示相应的数据类型。5 Object Shortcut Menu对象菜单用鼠标左键可以弹出对象的弹出式菜单。6 Scroll Windows窗口漫游使用该工具就可不要使用滚动条而在窗口中漫游。7 Set/Clear Breakpoint断点设置去除使用该工具在VI的流程图对象上设置断点。8 Probe Data数据探针可在框图程序内的数据流线上设置探针。通

39、过控针窗口来观察该数据流线上的数据变化状况。9 Get Color颜色提取使用该工具来提取颜色用于编辑其他的对象。10 Set Color颜色设置用来给对象定义颜色。它也显示出对象的前景色和背景色。2控制模版包括如下所示的一些子模板。子模板中包括的对象，我们在功能中用文字简要介绍。表1.2 控制模幅员标图标子模板名称功能1 Numeric数值量数值的控制和显示。包含数字式、指针式显示表盘及各种输入框。2 Boolean布尔量逻辑数值的控制和显示。包含各种布尔开关、按钮以及指示灯等。3 String & Path字符串和路径字符串和路径的控制和显示。4 Array & Cluster数组和簇数组

40、和簇的控制和显示。5 List & Table列表和表格列表和表格的控制和显示6 Graph图形显示显示数据结果的趋势图和曲线图7 Ring & Enum环与枚举环与枚举的控制和显示8 I/O输入/输出功能输入/输出功能。于操作OLE、ActiveX等功能。9 Refnum参考数10 Digilog Controls数字控制数字控制11 Classic Controls经典控制经典控制，指以前版本软件的面板图标。12 Activex用于ActiveX等功能。13 Decorations装饰用于给前面板进行装饰的各种图形对象14 Select a Controls控制选择调用存储在文件中的控制和

41、显示的接口15 User Controls用户控制用户自定义的控制和显示。3功能模板是创立流程图程序的工具。该模板上的每一个顶层图标都表示一个子模板。假设功能模板不出现，那么可以用Windows菜单下的Show Functions Palette功能翻开它，也可以在流程图程序窗口的空白处点击鼠标右键以弹出功能模板。功能模板如右图所示，其子模块如下所示。个别不常用的子模块未包含表1.3 子模块图标子模板名称功 能1 Structure结构包括程序控制结构命令，例如循环控制等，以及全局变量和局部变量。2 Numeric数值运算包括各种常用的数值运算，数制转换、三角函数、对数、复数等运算，以及各种数

42、值常数。3 Boolean布尔运算包括各种逻辑运算符以及布尔常数。4 String字符串运算包含各种字符串操作函数、数值与字符串之间的转换函数，以及字符(串)常数等。5 Array数组包括数组运算函数、数组转换函数，以及常数数组等。6 Cluster簇包括簇的处理函数，以及群常数等。这里的群相当于C语言中的结构。7 Comparison比较包括比较运算函数，如大于、小于、等于。8 Time & Dialog时间和对话框包括对话框窗口、时间和出错处理函数等。9 File I/O文件输入/输出包括处理文件输入/输出的程序和函数。10 Data Acquisition数据采集包括数据采集硬件的驱动，

43、以及信号调理所需的各种功能模块。11 Waveform波形各种波形处理工具。12 Analyze分析信号发生、时域及频域分析功能模块及数学工具 。13 Instrument I/O仪器输入/输出包括GPIB(488、488.2)、串行、VXI仪器控制的程序和函数，及VISA的操作功能函数。14 Motion & Vision运动与景像15 Mathematics数学包括统计、曲线拟合、公式框节点等功能模块，及数值微分、积分等数值计算工具模块。16 Communication通讯包括TCP、DDE、ActiveX和OLE等功能的处理模块。17 Application Control应用控制包括动

44、态调用VI、标准可执行程序的功能函数。18 Graphics & Sound图形与声音包括3D、OpenGL、播放等功能模块。调用动态连接库和CIN节点等功能的处理模块。19 Tutorial示教课程包括LabVIEW示教程序。LabVIEW中的数据类型决定了数据空间的大小和操作方式，编程中常用的数据类型如表1.4所示。表1-4 编程常用数据类型LabVIEW中控制程序运行的结构在本质上是一种节点，放置在程序框图中，外形一般是一个大小可调的边框。当结构与其它节点的连线有数据传递过来时，结构框内的程序代码或者反复执行，或者有条件执行，或者按一定顺序执行。编程中常用到6种结构：For循环、Whil

45、e循环、Case结构、顺序结构分平展型顺序结构和层叠型顺序结构、公式节点和事件结构。LabVIEW的结构如图1.5所示。 (a)For循环结构 (b) While循环结构 (c) Case结构 (d) 平展型顺序结构 (e) 层叠型数据结构 (f) 公式节点结构 图1.5 LabVIEW常用结构For循环控制一段程序代码执行一定的次数。While循环控制程序反复执行一段代码，直到某个条件发生为止。Case结构包含多个子框图，每个字框图的一段程序代码对应一个Case选项，程序运行时选择其中一段执行。顺序结构按照子框图的排列次序执行框内的程序。公式节点结构执行框内的程序语句和数学公式，简化了图形化

46、代码。事件结构使得前面板的操作和程序框图同步执行，节省了CPU时间，提高运行效率。 User Libraries简介研华公司提供的对板卡操作的库函数，如下列图所示图1.6 LabVIEW 库函数点击 弹出User Libraries图1.7 User Libraries在User Libraries 中选择ADVANCE。在ADVANCE 函数库中包括以下函数：Device Manager，AI，AO， 图1.8 ADVANCE、Device Manager 和adSlowAI这次用到的User Libraries控件：DeviceClose翻开设备函数AIVoltageIn采集电压函数Dev

47、iceOpen关闭设备函数AIConfg设置通道和增益2 液压系统及实验原理概述 液压实验台JSP-04E液压实验台是普通高等学校常用的液压实验设备，主要用于定量叶片泵工作特性实验、先导式溢流阀性能实验及节流调速回路性能实验等实验工程。该液压实验台主要包括：由液压泵、溢流阀、节流阀等液压元件组成的液压泵性能实验液压系统；由液压泵、溢流阀、调压阀组成的溢流阀的性能实验液压系统；由执行元件和加载元件等组成的节流调速回路性能实验液压系统。液压根本回路实验：包括典型的压力控制回路实验，方向控制回路实验，差动快速回路实验，双泵供油回路实验及多缸顺序动作回路实验。液压泵站是实验台的动力源，采用了双联叶片泵

48、，两泵既可独立工作，也可同时工作，每个泵的压油口均设置了一个溢流阀作为平安阀，用来限制系统最高压力。泵站布置在实验台的下部，采用了旁置式的设计方案，考虑到泵站维修的方便性，在泵的吸油口与油箱连接的管路上设置了截止阀。液压元件模块，是为了便于组成各种油路，除流量计之外，其他液压阀都做成模块式，阀的进出口均采用快换插头。模块钢板为矩形，板上有锁紧装置，可方便固定在实验台框架上或拆下，为扩展实验范围，局部液压控制阀有手动阀和伺服阀两种。主体实验平台是实验过程的实验平台，它提供了实验过程中所需的进油接口和回卸油接口及实验电气控制接口等。液压缸组件是为实验回路的执行元件，该组件由两个液压缸组成，它们对顶

49、安装。实验室整体框架由角铁铁板槽钢焊接构成，中间空格处可安装固定假设干组液压元件模块由滚轮支持，可移动可固定，便于摆放操作。(1) 实验台可完成以下常规液压传动课程实验工程：1) 调速回路：包括(进口、出口、旁路)节流调速回路实验。2) 压力实验：包括压力形成实验，压力调节和多级调压回路实验，减压回路实验，卸载回路实验，保压回路实验，释压回路实验。3) 快速运动和速度转换回路实验：差动回路实验，双泵供油快速回路实验，行程阀控制速度转换回路，两个调速阀的速度转换回路。4) 锁紧回路。5) 多缸动作回路：包括双缸顺序动作实验，调速同步回路。6) 回路特性实验：如节流调速回路机械，功率特性。此外，还

50、可以供科研人员进行科研实验，方便搭接各种创新性实验。图2.1 快速组合式全功能液压教学实验平台(2) 结构及根本参数插件板：整块板可以使带有快速锁装置的元件随意插入。流量量桶：开关翻开可以显示回油情况，关闭时可以测量流量大小配用电秒表油箱：供泵、马达实验用。连接底板：该底板是与各元件相连接，板上装有各种阀和快进接头体，板侧面带有两个连接锁，可以随意插入到插件板上并能自动锁紧。外型尺寸：1400+11007001880额定压力：6.3Mpa,最高压力18Mpa备用2L/min额定功率：1.12KW双泵双电机系统电源电压：380VAC控制电压：24VDC 溢流阀溢流阀的主要作用是对液压系统定压或进

51、行平安保护。几乎在所有的液压系统中都需要用到它，其性能好坏对整个液压系统的正常工作有很大影响。常用的溢流阀按其结构形式和根本动作方式可归结为直动式和先导式两种。(1)直动式溢流阀直动式溢流阀是依靠系统中的压力油直接作用在阀芯上与弹簧力等相平衡，以控制阀芯的启闭动作，图2-2(a)所示是一种低压直动式溢流阀，P是进油口，T是回油口，进口压力油经阀芯4中间的阻尼孔g作用在阀芯的底部端面上，当进油压力较小时，阀芯在弹簧2的作用下处于下端位置，将P和T两油口隔开。当油压力升高，在阀芯下端所产生的作用力超过弹簧的压紧力F。此时阀芯上升，阀口被翻开，将多余的油液排回油箱，阀芯上的阻尼孔g用来对阀芯的动作产

52、生阻尼，以提高阀的工作平衡性，调整螺帽1可以改变弹簧的压紧力，这样也就调整了溢流阀进口处的油液压力P。 (a)结构图 (b)符号图图2.2 低压直动式溢流阀1.螺帽 2.调压弹簧 3.上盖 4.阀芯 5.阀体 (2)先导式溢流阀图2-3所示为先导式溢流阀的结构示意图，在图中压力油从P口进入，通过阻尼孔3后作用在导阀4上，当进油口压力较低，导阀上的液压作用力缺乏以克服导阀右边的弹簧5的作用力时，导阀关闭，没有油液流过阻尼孔，所以主阀芯2两端压力相等，在较软的主阀弹簧1作用下主阀芯2处于最下端位置，溢流阀阀口P和T隔断，没有溢流。当进油口压力升高到作用在导阀上的液压力大于导阀弹簧作用力时，导阀翻开

53、，压力油就可通过阻尼孔、经导阀流回油箱，由于阻尼孔的作用，使主阀芯上端的液压力P2小于下端压力P1，当这个压力差作用在面积为AB的主阀芯上的力等于或超过主阀弹簧力Fs，轴向稳态液动力Fbs、摩擦力Ff和主阀芯自重G时，主阀芯开启，油液从P口流入，经主阀阀口由 T流回油箱，实现溢流，即有：p=p1-p2Fs+Fbs+GFf/AB (2-1) (a)结构图 (b)符号图图2.3 先导式溢流阀1.主阀弹簧 2.主阀芯 3.阻尼孔 4.导阀阀芯 5.导阀弹簧由式(2-1)可知，由于油液通过阻尼孔而产生的P1与P2之间的压差值不太大，所以主阀芯只需一个小刚度的软弹簧即可；而作用在导阀4上的液压力P2与其

54、导阀阀芯面积的乘积即为导阀弹簧5的调压弹簧力，由于导阀阀芯一般为锥阀，受压面积较小，所以用一个刚度不太大的弹簧即可调整较高的开启压力P2，用螺钉调节导阀弹簧的预紧力，就可调节溢流阀的溢流压力。先导式溢流阀有一个远程控制口K，如果将K口用油管接到另一个远程调压阀(远程调压阀的结构和溢流阀的先导控制局部一样)，调节远程调压阀的弹簧力，即可调节溢流阀主阀芯上端的液压力，从而对溢流阀的溢流压力实现远程调压。但是，远程调压阀所能调节的最高压力不得超过溢流阀本身导阀的调整压力。当远程控制口K通过二位二通阀接通油箱时，主阀芯上端的压力接近于零，主阀芯上移到最高位置，阀口开得很大。由于主阀弹簧较软，这时溢流阀

55、P口处压力很低，系统的油液在低压下通过溢流阀流回油箱，实现卸荷。2.3 溢流阀性能实验原理本测控系统是为组合式全功能液压教学实验平台专门设计开发的，该液压实验台的用途主要是液压实验教学中的相关液压实验，该实验台的这些用途就决定了所开发的测试系统必须既要有很强的针对性又要具有很高的通用性。本测试系统主要包括溢流阀静态特性实验、溢流阀动态特性实验等。溢流阀性能实验主要包括溢流阀动态特性实验。静态特性主要包括调压范围及压力稳定性、卸荷压力及压力损失、启闭特性等。其中启闭特性是溢流阀静态特性中两个非常重要的指标，这个在后面将会详细论述在此就不再赘述。动态特性是指溢流量突然变化时，溢流阀所控制的压力随时

56、间变化的过渡过程品质，这个特性又分为溢流阀卸荷动态特性、溢流阀增荷动态特性两类。2.3.1溢流阀静态特性实验溢流阀静态特性是指溢流阀稳定工作时的静态特性。包括静态特性中的调压范围及压力的稳定性，卸荷压力损失和启闭特性三项，其中主要研究启闭特性。溢流阀静态性能实验液压系统原理图如下图。图 溢流阀静态性能实验液压系统原理图在静态性能试验中要用到流量传感器，而本次所选的是LWGY6型涡轮式流量传感器。要使它能正常的运转那么必须要保证有足够多液体流过，然而通过溢流阀后的溢流量往往比较小，此时不能使涡轮正常运转，那么传感器也就无法感应到相应的信号，即此时数据采集卡也就采集不到相应的信号。为了克服这个缺陷

57、与缺乏，在此采用半自动式测量方法。具体方法如下：首先在JSP-04E液压实验台上搭接好回路，待检查保证无误后开启液压泵同时将传感器调至自动挡，将被试阀在其额定的调压范围内调至某一个确定的值，在本实验中将其设定为4MP。由于本试验台自身提供的有量筒，借助这个工具采用手动的方法来完成流量的测量。其流量最终用体积和时间来计算即Q= V/T。使其溢流掉的流量流回量筒量筒上标有相应的刻度，调节溢流阀上的旋钮使其溢流量慢慢的由小变大，在这个过程当中每改变一次流量的大小，记录每次溢流相同体积所需的时间，这样由小到大依次记录一组数据，而后再按照同样的方法由大到小再记录一组数据。溢流阀静态特性实验所需测试的三项

58、特性及其具体要求如下:(1) 调压范围及压力稳定性1) 调压范围：应能到达规定的调节范围，并且压力上升与下降应平稳，不得有尖叫声。2) 至调压范围最高值时的压力振摆(在稳定状态下调定压力的波动值)：是表示调压稳定的主要指标，此时压力表不准装阻尼，压力振摆应不超过规定值。在实验过程中，当调压至调压范围最高值时，采集一组压力数值，取出其中的最大值和最小值，然后运算两个数值之差就可以得到压力振摆。3) 至调压范围最高值时压力偏移值：一分钟内应不超过规定值。在实验过程中，当调压至调压范围最高值时，采集一组压力数值，取出其中的最大值和最小值，计算出平均值，然后分别运算最大值与平均值以及最小值与平均值之差

59、，这两个差值中较大的一个即为压力偏移。(2) 卸荷压力及压力损失1)卸荷压力：被测阀的远程控制口与油箱直通，阀处在卸荷状态，此时通过实验流量下的压力损失称为卸荷压力。卸荷压力应不超过规定值。实验中可用二位二通电磁阀，是被测阀处于卸荷状态。2)压力损失:被测阀的调压手轮至全开位置，在实验流量下被测阀进出油口的压力差即为压力损失，其值应不超过规定值。在测控系统中，压力损失可以直接采集到。(3) 启闭特性1) 开启压力：被测阀调至调压范围最高值，且系统供油量为实验流量时，调节系统压力逐渐升压，当通过被测阀的溢流量为实验流量1%时的系统压力成为被测阀的开启压力。2) 闭合压力：被测阀调至调压范围最高值

60、，且系统供油量为实验流量时，调节系统压力逐渐降压，当通过被测阀的溢流量为实验流量1%的系统压力值被称为被测阀的闭合压力。3) 根据测试开启压力与闭合压力的数据，拟合出被测阀的启闭特性曲线。溢流阀的启闭特性曲线如下图。图2.5 溢流阀的启闭特性曲线2.3.2溢流阀动态特性实验(1) 溢流阀卸荷动态特性实验：溢流阀卸荷动态特性是指溢流量突然有减小的变化时，溢流阀所控制的压力随时间变化的过渡过程品质，通常用三项指标衡量。这三个指标为:压力上升时间、卸荷时间、压力超调量。溢流阀卸荷动态特性实验的液压系统可以直接用溢流阀静态特性实验的液压系统，液压系统原理图如图2.4所示。在溢流阀卸荷动态特性实验过程中

61、，是通过对回路中一个电磁阀的控制，到达液压回路中溢流量的突然的变化，而且这些突然的变化就是实验需要采集的数据。因此，溢流阀卸荷动态特性实验测控系统的主要模块有电磁阀的控制模块，在电磁阀动作前后的压力的实时采集、显示模块，读取数据模块，打印模块等。(2) 溢流阀增荷动态特性实验溢流阀增荷动态特性实验跟溢流阀卸荷动态特性实验很相似，只是他们的状态正好相反，卸荷是指溢流量突然减小，增荷那么是指溢流量突然增加，因此，两个实验所用的液压系统是同一个，仅是在测控程序上有些不同。3 系统方案设计及选择3.1 方案的设计本次设计需在JSP-04E型液压实验台上搭建由液压泵、溢流阀、调压阀组成的溢流阀性能测试系

62、统，在图形化编程语言 LabVIEW 环境下编写溢流阀性能实验的测试与控制过程的虚拟前面板及程序框图，并在此根底上进行溢流阀静态和动态性能分析。以往的实验都是采用人工测量，繁琐的手工操作，抽象的实验过程，低的测试精度等方面的问题，已不能适应现代新技术开展的需要，也不能满足培养具有创新思维的高科技人才的要求，目前国内各高校都在努力开发基于虚拟仪器的开放性溢流阀性能测试系统。 方案1采用VISUAL BASIC简称VB编程来实现，根据溢流阀测试系统的组成及其测试原理，整个计算机自动控制系统软件由以下几个大模块组成:初始化模块、菜单模块、测控和实时显示模块、数据采集及处理软件模块、执行元件驱动模块和文件管理模块.系统软件初始化后，由菜单模块将其余模块联系起来，其中，测控和实时显示是整个系统的核心局部，它包括键盘输人操作、A/D