虚拟仪器的变输入机构控制研究

于玲

【摘 要】变输入转速机构的主要特征是具有变速单元。本文从变输入机构函数的设计和虚拟仪器的选用以及数据采集的实现等多个方面对变输入机构的控制进行阐述和研究分析。

【关键词】LabVIEW软件；虚拟仪器；变输入机构

1 变输入机构的驱动控制与输出运动分析

目前自动测试系统已经进入了虚拟仪器时代，虚拟仪器改变了人们传统的仪器观，使电子测量技术和自动测试系统都进入了一个新纪元。

由于LabVIEW主要用于仪器控制、数据采集、数据分析等方面，而且其功能相对更强、更全面，是一种基于图形编程语言的开发环境，与C语言等传统编程语言有着许多相似之处，因而本论文采用LabVIEW软件对所构造的变输入七杆机构的速度参数和位置参数进行数据采集和数据分析。

虚拟仪器的概念和结构：

所谓“虚拟仪器”是指主要和计算机辅以少量通用硬件，如A/D、D/A采集器等完成原来由物理仪器完成的功能，它的运行主要依赖于软件，所以具有造价低、功能全，灵活性好等特点。虚拟仪器的基本构成从要素上说包括计算机、虚拟仪器软件、硬件接口模块等。从构成方式上说，则有以DAQ板和信号调理部分为硬件来组成的PC-DAQ测试系统，GPIB接口卡、VXI 控制器、串行总线系统、现场总线系统等。目前较为常用的虚拟仪器系统是数据采集卡系统、GPIB仪器控制系统、VXI仪器系统以及这三者之间的任意组合。

构造和使用虚拟仪器的关键在于应用软件，正所谓“ 软件即仪器”。虚拟仪器的应用软件主要包括：集成的开发环境、与仪器硬件的高级接口和虚拟仪器的用户界面。虚拟仪器的应用软件由用户编制，可以采用各种编程软件，面象对象的编程方式和可视化编程语言环境的推出，为虚拟仪器应用软件的编程作出了重要贡献。虚拟仪器软件采用分层结构，在用户和底层硬件之间包括应用程序模块、驱动程序模块和三个接口层。其中，各模块之间的通信和数据交换通过接口完成，驱动程序和硬件接口层软件均由仪器生产商提供。每层都是由许多程序组成的程序库，庞大的程序库提供给使用者选择。

2 数据采集模块的实现

虚拟仪器的内部功能划分为数据采集和控制、数据分析和数据表达式三个功能模块，其中数据采集系统是其核心部分之一，数据采集（DAQ： Data A cqusit ion） 系统的基本任务是物理信号的产生和测量. 要使计算机系统能够测量物理信号， 首先要使用传感器把物理信号转换成电压或者电流之类的电信号. 通常不能把被测信号直接连接到DAQ卡， 而必须使用信号调理辅助电路， 先将信号进行一定的预处理. 总之， 数据采集是借助软件来控制整个DAQ 系统的， 包括对数据采集参数的各种控制，比如：进行数据采集卡的选择、数据采集通道选择、采样速率的控制、数据的存储等。

2.1 瞬态信号采集系统的应用考虑

信号调理除了放大、滤波和隔离等一般作用之外，通过多路复用技术可以以较低的成本有效扩展系统的I/O 能力。

（1） 同步采样与连续扫描技术在瞬态信号采集系统中的应用考虑

多路复用器在通道之间的切换，会在每个通道的采样点之间引起一定的时间延迟，通常认为连续扫描技术不适用于如交流信号的相位分析这些采样点之间的时间关系非常重要的应用场合。一般需要采用同步采样技术进行这样的测量。由于瞬态信号测量的重要目的之一通常是要比较不同通道采样点之间的数据关系，因此，过去一直认为瞬态信号的采集与应该采用同步采样技术。其实，只要所选用的DAQ 板只要有仪器保证一定的定时精度，采用连续扫描技术和专门研究的自动补偿算法同样可以进行精确的相位测量。由于瞬态信号采集通常要对数据做大量的事后分析，而较少要求实时分析，因此，在非实时应用情况下，可以用等速扫描采样技术和软件方法复现瞬态过程不同通道信号间的时间关系。

（2）变速采样技术在瞬态信号采集系统中的应用考虑瞬态信号在不同时间的起伏会变化很大。对这种起伏变化很大的信号进行等速采样的时候，就必须以信号起伏最快时的变化速率选定采样率。显然，在大部分信号持续时间内，用此速率采样对内存和硬盘都是一种浪费，而且会降低频域分析的频率分辨率。而变速采样技术可以根据信号变化快慢自动调整采样率，从而实现系统资源的优化利用。

2.2 实时数据采集系统的体系结构考虑

在连续数据的采集应用场合，采样率的通道一般较高，系统设计者通常关心的是系统吞吐率和仪器的存储能力，以保证不丢失的采集、存储数据。而实时应用场合，系统设计者更关心的是系统相映速度而不是纯粹的吞吐能力。在这种情况下，关键是如何预先确定系统对中断请求与触发信号的响应时间。同时，对计算机的处理能力要求也较高。系统设计者的目标集中在如何保证数据在事先确定时间内被正确的采集与处理，以便在控制环节或仿真周期内得到测试结果。从计算机和软件的角度出发，系统体系结构一般可分为集中控制系统和分布式数据采集系统两种体系结构。集中控制系统相对简单，并具有明显的系统性能优势，缺点是灵活性和使用范围不够。分布式数据采集数据正好与之相反，且软件编程较为复杂。

3 信号分析模块的实现

信号分析模块包括时域显示、频域分析、FFT、自相关分析、功率谱分析五种情况。根据测试中对信号的分析和处理基本要求，提供了滤波器、窗函数、时域、频域、频率响应、子功率谱、互功率谱、自相关函数、互相关函数等信号分析方法。加上对这些分析方法的数据控制，能够很好的实现对信号的处理和分析。

4 结论

随着计算机技术的发展，虚拟仪器技术在21世纪必将得到飞速的发展。利用虚拟仪器技术，将可以改变传统的教学方式，大大降低实践环节的固定资产投入，提高教学质量，并且取得良好的试验效果。本文基于虚拟仪器的控制变输入机构的运动以及对其输出运动的测试，取得了满意的试验结果。

【参考文献】

[1]何瑛，宋利，张伟，等.基于LabVIEW的数采卡（DAQ）驱动程序设计[J].2000：1-3.

[2]李华德.现代交流电机变频调速系统[M].石油出版社，1996：241-243.

[3]姚燕安.变输入转速机构设计[J].上海交通大学，-01：1-3.

[责任编辑：薛俊歌]