虛擬樣機技術在液壓試驗臺中的應用

索寶麗

摘 要：作為機械專業的一門基礎課程，液壓技術的教學需要理論和實踐相結合。液壓實驗臺是液壓技術課程進行實驗和實習的主要設備。為了適應現代化教學的要求，為社會培養優秀的技術人才，本文將虛擬儀器技術引入到液壓實驗臺的測控技術中，對虛擬儀器技術進行了介紹。

關鍵詞：虛擬樣機技術 液壓試驗臺

液壓控制技術以機械制造、微電子及計算機、材料工程、數學、力學以及控制科學為依托，充分發揮自身優勢，變得更為綠色化、模塊化和智能化。在此形勢下，基于虛擬儀器技術的新型液壓實驗臺正以其功能完善、性能靈活而且造價較低等優勢，廣泛應用于各大院校和中職院校。

一、虛擬儀器的工作原理

液壓試驗臺采用虛擬樣機技術。這是一種基于產品的計算機仿真模型的數字化設計方法。虛擬樣機技術融合了先進的建模仿真技術、設計制造技術和現代管理技術，并將這些技術應用于產品的全生命周期和全系統的設計，進行綜合管理。

在液壓試驗臺中，虛擬儀器利用I/O接口設備完成信號的采集、測量與調理，由計算機軟件實現信號數據的運算、分析和處理，通過計算機顯示器模擬傳統儀器控制面板并輸出檢測結果，完成各種測試功能。計算機在虛擬儀器中處于關鍵地位，用戶可以在現有條件下通過修改軟件改變儀器的功能。

采用虛擬樣機技術的新型液壓試驗臺能自由定義。虛擬儀器基于計算機網絡技術和接口技術，硬件實現模塊化、系列化，軟件將多種檢測功能集成于一體，不僅縮短了檢測時間，也提高了檢測的速度、精度、可靠性。數據處理器建立的功能性數學模型，使測試數據不會隨時間發生變化，保證了檢測結果的穩定性和可重復性。虛擬儀器面板上的控件都是與實物相對應的圖標。每個圖標都對應著相應的軟件程序，用戶可使用鼠標進行操作，也可根據自己需要，組合相應的模塊實現不同的檢測功能。

二、虛擬儀器的構成

虛擬儀器由硬件系統和應用軟件兩大部分構成。硬件系統由計算機硬件和測控功能硬件兩部分組成。計算機硬件平臺就是各種類型的計算機。計算機作為虛擬儀器的硬件支撐主要用來管理硬件、軟件資源。測控功能硬件主要完成被測信號的放大、A/D轉換和數據采集。具體測量儀器硬件模塊是指各種傳感器、信號調理器、A/D轉換器（ADC）、D/A轉換器（DAC）、數據采集器（DAQ）。

作為虛擬儀器的核心，高性能的軟件模塊是虛擬儀器軟件技術的重點。根據VPP系統規范的定義，虛擬儀器系統的軟件結構有：儀器I/O接口軟件、應用軟件和儀器驅動程序。I/O接口軟件是對系統進行測試的軟件基礎，存在于I/O接口設備與儀器驅動程序之間，主要任務是完成對寄存器的數據的直接存取操作，并為儀器和儀器驅動程序傳遞信息。

儀器驅動程序存在于每個儀器模塊。儀器驅動程序的實質就是為用戶提供函數集。這些函數集用于抽象的儀器操作。應用程序對儀器的操作是通過儀器驅動程序實現的。只要有了儀器驅動程序，應用程序設計人員即便不了解儀器內部的操作過程，也可進行虛擬儀器系統的研究和設計工作。應用軟件建立在儀器驅動程序之上，直接面對用戶，提供給用戶一個滿足用戶功能要求的友好界面。圖形化軟件開發平臺的提出使編程人員不再需要文本方式編程，可以減輕系統開發人員的工作量，使其將主要精力集中投入到系統設計中。

三、虛擬儀器的應用

傳統的液壓實驗臺功能單一，設備大多由繼電器電路控制，控制技術落后，自動化程度低，不能反映液壓技術與微電子及控制技術的有機結合，操作繁瑣，實驗抽象，測試精度低，不能滿足培養具有創新思維的高科技人才的要求。

根據電液比例閥和電液伺服閥的靜、動態特性測試要求，確定基于虛擬儀器的電液比例閥和電液伺服閥測試系統方案。利用虛擬樣機技術，可以對電液比例溢流閥的性能測試有：穩態壓力控制特性測試、穩態負載特性、輸入信號階躍響應特性測試、負載流量階躍響應特性測試、頻響特性測試。電液比例方向閥的性能測試有：穩態流量控制特性測試、穩態負載特性測試、壓力增益特性測試、輸出流量與閥壓降特性測試、輸入電信號階躍響應特性測試、頻率響應特性測試。電液比例流量閥的性能測試有：穩態流量控制特性測試、穩態負載特性測試。電液伺服閥的特性測試有：負載流量特性、空載流量特性、壓力特性、頻率響應測試。

虛擬儀器作為教學的新手段，正在改變傳統的教學模式。在實驗室建設中，如果配置常規儀器、儀表，學校財力難以支付。運用虛擬儀器技術不但能滿足實驗教學需要，而且還可將這批微機用作其他有關計算機課程的教學用機，提高設備利用率，降低實驗室建設的成本。虛擬儀器與現有儀器配合，逐步取代傳統儀器，是一個必然的發展趨勢。

（作者單位：山東煤炭技術學院）endprint