一种发动机性能虚拟仪器测试系统的设计应用

4 软件结构及算法

（1）软件结构

发动机性能虚拟仪器测试系统总体采用一种基于TCP/IP协议的客户机/服务器（CS）结构。服务器架构为NI cFP分布式I/O体系，利用其内嵌的独立式实时系统实现目标参量的信号采样，并完成对目标参量的实时监测和控制；客户机则采用通用的PC机结构，运行 Windows 多线程操作系统，使用LabVIEW虚拟仪器平台，借助TCP/IP协议实现，与服务器之间控制参量及检测数据的通信，并提供GUI图形化用户界面，实现人机交互，完成控制参数的输入，以及检测数据的分析、运算和图表显示。

系统操作流程为，上电后服务器自动启动存储器中内建的LabVIEW RT实时程序，并实时侦听客户机“开始测试”的命令；客户机开机运行发动机性能虚拟仪器测试主程序，完成用户登录、硬件配置、选择测试项目、设置测试参数后，启动测试程序；服务器侦听到客户端“开始测试”命令后，按照客户制定的硬件配置、测试项目以及测试参数开始实时控制与数据采集，并通过TCP/IP协议将实验数据发送给客户机；客户机发出PID控制命令，并对服务器发送的实验数据进行分析处理，完成PID控制后，按照测试项目进行测试，分析处理测试数据，并以图表方式显示实验结果；完成测试后，客户机发出结束测试的命令，经服务器接收确认后，结束测试。

（2）PID控制算法

本系统试验了3种PID控制算法：位置式PID控制算法、增量式PID控制算法和积分分离PID控制算法。

1） 位置式PID控制算法



该算法的优点是原理简单，只是将经典的PID算法理论离散化，运用于计算机辅助测量，结构简单易于实现；缺点是每次输出均与过去的状态有关，计算时要对e（k）进行累加，计算机运算工作量大；而且，因为计算机输出的u（k）对应的是执行机构的实际位置，如计算机出现故障，u（k）的大幅度变化会引起执行机构位置的大幅度变化。

   

2） 增量式PID控制算法



该算法的优点是，由于计算机输出增量，误动作时影响小，必要时可以用逻辑判断的方法去掉；手动/自动切换时冲击小，便于实现无扰动切换，此外当计算机发生故障时，由于输出通道或执行装置具有信号的锁存作用，故仍能保持原值；算式中不需要累加。控制增量Δu（k）的确定，仅与最近k次的采样值有关，所以较容易通过加权处理而获得比较好的控制效果。增量式控制也有不足之处：积分截断效应大，有静态误差；溢出的影响大。

3）积分分离PID控制算法



5 结 论

该发动机性能虚拟仪器测试系统，实现了对发动机的多路压力、扭矩、转速、功率以及温度实时监测，并利用TCP/IP协议实现主控机对多路信号的远程操控以及测试数据的网络共享；该系统具有测量精度高、运行稳定性强，适用于多种类型发动机综合性能测试。