基于LabVIEW的变速器实验台性能分析软件设计.doc

目 录毕业设计（论文）说明书设计（论文）题目：基于LabVIEW的变速器实验台性能分析软件设计学生姓名： 专业班级： 学 院：机械工程学院指导教师：副教授 教授 2006年06月16日目录摘要Abstract21 绪论31.1 课题来源及意义31.2 课题针对的汽车变速器换档试验台31.2.1 试验台的功能31.2.2 试验台的结构41.3虚拟仪器及其发展状况41.3.1 虚拟仪器和图形化编程语言 LabVIEW41.3.2 国外虚拟仪器的发展状况61.3.3 国内虚拟仪器的发展状况71.4 课题研究内容81.4.1 功能选择81.4.2 参数设置81.4.3 数据采集91.4.4 波形及数据显示91.4.5 数据分析及处理102 理论分析及硬件选型112.1 课题相关理论-数据采集112.1.1 数据采集系统112.1.2 采样参数及方式162.2 数据采集卡选型212.2.1 数据采集卡的功能及软件配置212.2.2 选用数据采集卡NI-PCI 6220223 软件平台及界面设计253.1 课题相关的LabVIEW 系统功能253.1.1 模板功能253.1.2 函数功能283.2 设计系统界面303.2.1界面内容303.2.2 设计应达到的技术要求324 软件系统设计334.1 软件系统总体设计334.1.1 软件设计的准备工作334.2.2 系统总体设计334.2 软件开发344.2.1 功能选择窗口的设计开发344.2.2 参数设置功能的开发384.2.3 传感器监视的实现484.2.4 数据采集窗口的设计494.2.5 数据分析及处理功能的开发514.2.6 线性拟合程序的编制58结 论60致 谢61参考文献62摘 要全套设计联系小企鹅229780692摘要本文在对汽车变速器换档试验台性能需求分析的基础上，进行了变速器换档试验台性能分析软件的开发。该软件采用了LabVIEW 开发平台，基于其先进的虚拟仪器思想，充分利用其强大的数据采集及处理功能和低成本、高效率的优点。本文开发的性能试验软件具有传感器系数标定，通道及通道电压范围选择，数据库维护，传感器监视，数据采集存储，进行性能和疲劳试验分析并形成报告，系数线性拟合等功能，实现了信号采集、存储、分析处理、显示与打印。系统将Access 数据库和数据文件相结合，充分发挥了库文件大容量、多功能和数据文件操作简捷方便的优点；由试验参数自动命名并产生数据记录文件，快捷方便，极易理解，形成了独到的存取特色。本文对各部分开发过程进行了详细具体的解释说明，使系统达到了实用、开放和智能化的要求。关键词：虚拟仪器；LabVIEW；数据采集AbstractAbstractThe paper is the studies of the performance analysis of the shift test-bed of automobile transmission, 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 processing 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 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 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, and 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 enable to meet the requirements of practicability, open-endedness, and intelligence.KeyWords：virtual instrument, laboratory virtual instrument engineering workbench, data acquisition81 绪论1.1 课题来源及意义随着国民经济的快速发展，我国汽车的年产量和社会保有量也都在迅速增加。汽车质量的优劣，关系到我国汽车产业的生死存亡和能否在世界市场上占有一席之地。对汽车及其相关产品的检验是提高其质量重要途径。本课题来源于唐山弘基传动测试技术有限公司测试汽车变速器性能的试验现场。汽车变速器作为汽车传动系统的重要部件，其工作状况直接影响到传动系统的性能，关系到整车的质量。目前对汽车变速器进行研究和试验的关键技术都被美国，德国，日本等几个发达国家所控制，我国关于这方面的研究还很不成熟，这在很大程度上限制了我国汽车工业的发展，因此在我国开展有关汽车变速器相关试验研究是很必要的，无论在理论或是实际中都有很重要的意义。本课题是基于 LabVIEW 的汽车变速器换档实验台性能分析软件设计，充分利用了虚拟仪器开发的低成本、高效率优点，提高了系统的集成度和缩短了开发周期。很好的实现了对系统的工作数据进行定时采集、保存和分析处理的功能，完成了对系统性能的准确评估，充分反映了系统的实际情况。1.2 课题针对的汽车变速器换档试验台1.2.1 试验台的功能该变 速 器 换 档 试 验 台适合于汽车FR式变速器的换档疲劳寿命、性能试验。能实现高速情况下的转速精确控制。能够实现变速器两个档（顺序、交叉）之间的档位变换、利用计算机与采集模块、PLC进行通讯，可以检测采集换档力，换档位移，同步转速，同步扭矩等数据。利用以上检测数据通过计算机算出最大换档力，平均换档力，二次进入力，换档冲量，同步冲量等。用最小二乘法生成时间冲量曲线、可以绘制换档力位移曲线等。也可以把换档力曲线分成若干段，进行分析及处理功能。具体完成的试验项目有：同步器寿命试验、同步性能试验、强制换档、跳跃换档耐久试验和倒档换档性能试验。1.2.2 试验台的结构试验台由机械拖动系统和电气控制系统及气动换档控制系统组成。机械系统主要由驱动电机、模拟汽车的惯性飞轮、扭矩转速传感器、各种支架和平台组成。整个系统采用直线式布局，结构简单、调整维护容易。采用大型整体平台和高强度支承系统，刚性好，能有效地消除和减小振动和谐振。驱动电机采用变频调速专用电机，转速可达6000rpm。电气系统主要包括变频器、可编程序控制器、计算机、采集模块、各种拉压力，位移、转速、温度、扭矩等传感器，温度调节器及转速、拉压力等智能仪表。变频器为进口的三菱公司变频器，性能优良、质量可靠，能进行精确转速控制。可编程序控制器采用欧姆龙公司生产的PLC，无误动作，可靠性高。气动换档控制系统主要包括双活塞杆气缸及电磁阀、调压阀、节流阀、支架等组成。气缸及电磁阀、调压阀、节流阀等气动元件为SMC进口元件。性能优良、质量可靠。通过可编程序控制器PLC程序控制可以实现自动、手工换档动作控制。计算机与采集模块进行通讯，高速的采集数据，并存储数据，利用计算机软件进行计算、处理、绘图、分析并形成试验报告。驱动马达惯惯性飞轮扭矩传感器变速器固定支架换档机构传感器换位机构传感器图1 试验台结构简温度、转速压力、位移 1.3虚拟仪器及其发展状况1.3.1 虚拟仪器和图形化编程语言 LabVIEW虚拟仪器（Virtual Instrumentation）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。下面的框图反映了常见的虚拟仪器方案。被测对象信号调理 数据采集卡数据处理虚拟仪器面板图2 常见的虚拟仪器组建方案虚拟仪器的主要特点有：尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国NI公司的LabVIEW。LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是实验室虚拟仪器集成环境的简称，它用图标代替文本语言来创建程序，是一种图形化编程语言，已被广泛用于虚拟仪器的开发。虚拟仪器是 LabVIEW 的核心，在仪器的发展中起了巨大的作用。它与传统仪器相比，功能更强、处理速度更快、频带更宽、用途更广、操作更简单、体积更小、可扩充性更好。虚拟仪器可以充分利用计算机的运算、存储和显示功能，因而在降低仪器成本的同时，使仪器的灵活性和数据处理能力大大提高，可以更方便的组建测试系统。LabVIEW广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。它集成了满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能，还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。 图形化的程序语言，又称为“G”语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或流程图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，LabVIEW是一个面向最终用户的工具。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。1.3.2 国外虚拟仪器的发展状况随着计算机技术的迅速发展，用微机进行数字化测试分析的理想终于成为现实。其中几个关键技术包括：微机的精度、速度；模数转换的精度、速度；内存、硬盘的存储量和速度；计算机与A/D的价格问题都已解决，加上各种功能的专用软件发展，促使了在国内外掀起了VI热。美国国家仪器公司(NI)于1986年提出了虚拟仪器的概念，并且不断研制和推出了基于多种总线系统的VI仪器。VI技术实现了计算机技术和仪器技术完美的结合，充分利用快速发展的计算机技术来提高测试计量仪器的功能性能.虚拟仪器概念是对传统仪器概念的重大突破，以其为代表的虚拟测试技术是自动化测试技术发展的一个新时代，是测试技术走上信息化、集成化以及模块化、系列化、标注化的重要标志。美国是虚拟仪器的诞生地，也是全球最大的虚拟仪器制造国和出口国，生产虚拟仪器的主要厂家有NI公司、HP公司、Tektronix公司、Racal公司等，每个公司的产品都有80-100种左右，在国际仪器市场上具有较强的竞争力，这些公司领导着VI技术和产品的新潮流，是推动VI技术发展的主动力。迄今为止，VI已经经历了GPIB总线、基于PC机的数据采集卡(PC-OAQ)、VXI总线三种典型标准体系结构。1997年，NI公司发布了一种全新的开放性、模块化仪器总线规范PXI，将成为一种主流的虚拟仪器测试平台。同时出现了一系列用于VI产品开放图形化编程环境，LabVIEW, Lab Windows/CVI, HP VEE等。1998年，NT公司发布可互换虚拟仪器(Interchangeable Virtual Instruments, IVI)和虚拟硬件(Virtual Hardware, VH)的概念，按照VH概念，设计的产品已经面市；IVX基金也已于1998年8月在美国正式成立，并发布了相应的IVX技术规范。虚拟仪器技术诞生虽然只有十几年的历史，但它的发展速度是惊人的，已广泛应用与科研生产的许多领域:声学测试、音波侧试、汽车测试、生物医学测试、光纤校准、光学测定及度量、半导体测试、电信测试、振动测试、工业自动化、实验室自动化、机械监控、石油和天然气处理、药品加工、过程自动化、统计、过程控制等等。目前在美国，许多大学都有自己的虚拟仪器实验室，不但进行虚拟仪器的研究与开发，而且还将虚拟仪器作为一门课程向学生传授，为学生提供实验条件，让学生亲自动手，学习建立自己的虚拟仪器系统。美国国家仪器公司(ND每年在美国各高校的大学生中举办虚拟仪器设计大赛，鼓励和推广虚拟仪器的使用。据美国权威杂志