基于虚拟仪器技术的电液伺服测试系统硬件设计

摘要：针对传统模拟测试方法在电液伺服系统性能测试方面的局限性，为全面、准确测试某型装备电液伺服系统的技术性能，科学评估装备维修后到的技术指标，需采用高新技术以达到高效、便捷的测试目的。通过应用当前测试领域先进的虚拟仪器技术，以计算机数据采集和处理系统为开发平台，在 LabVIEW虚拟仪器开发环境下，构建装备电液伺服设备性能虚拟测试系统，从8个方面测试设备的各项性能指标。经过实践验证，该测试系统具有测试精度高、速度快、性价比高、测试的重复性和可靠性高等优点，能有效的弥补传统分离仪表模拟测试方法的不足。

关键词：电液伺服;性能测试;虚拟仪器;LabVIEW平台;硬件设计

随着现代军事装备技术的不断进步，武器系统的结构越来越复杂，性能越来越先进。电液伺服系统除了具有液压传动的各种优点外，还具有体积小、反应快、系统刚度大和控制精度高等优点，在武器系统中得到广泛应用。传统的电液伺服测试系统采用的分立模拟仪表技术，因其要求仪器仪表数量多、测试精度差、人为操作误差大、成本高等缺点，已经无法满足现代电液伺服系统高精度、自动化的检测需求。随着计算机技术和液压测试技术的飞速发展，计算机辅助测试(CAT)技术和虚拟仪器在液压系统测试中得到了广泛的应用。它具有测试精度高、速度快、性价比高、测试的重复性和可靠性高等优点，有着很好的应用前景。开发一套基于虚拟仪器平台的测试系统，可以很好地解决装备电液伺服系统的性能测试和维护难题。

文中以虚拟仪器和计算机自动测试为开发平台，设计某型装备电液伺服性能测试系统的硬件实现过程。以计算机数据采集、信号处理、GPIB和LabVIEW图形化语言为核心，进行电液伺服系统的性能检测与故障诊断，实现测试自动化、数据采集精准化。测试系统对提高装备电液伺服系统的工作稳定性、维护及故障排除起到重要作用。

1 虚拟仪器技术员的特点

虚拟仪器是一种概念性仪器，是由计算机、仪表硬件、固件和应用软件组成的测试系统。使用计算机的软、硬件资源，使本来需要硬件实现的技术软件化(虚拟化)，突破了传统物理仪器在数据处理、精度等方面的局限，提高仪器的功能和使用效率。计算机与模块化功能硬件称为虚拟仪器的计算机硬件平台。其优势是开放性好，实现了部分物理仪器硬件的软件化。设计者根据需求，只要加入不同的软件模块，就可以开发不同功能的测试系统，降低了硬件设计的难度，缩短系统开发时间，灵活性较强。而其图形化界面与图形化编程语言，人机交互较好。虚拟仪器系统包括仪器硬件和开发软件两个基本要素，在虚拟环境下，硬件系统包括工控计算机和测控功能硬件，开发软件包括硬件驱动程序、应用程序和界面程序。就功能而言，虚拟仪器与传统物理仪器一样也是由3大功能块组成，即信号采集、信号的分析处理、结果表达。虚拟仪器系统的功能划分如图1所示。

2 电液伺服系统测试系统的原理构成

本文设计的某型装备电液伺服综合性能检测系统有两大组成部分：硬件平台和软件系统。硬件平台包括各类传感器、信号采集与调理模块、工业控制计算机、控制信号输入面板、数据采集卡和显示器。软件部分则利用LabVIEW平台开发的应用软件系统来实现信号的采集、分析、处理和显示。

某型装备电液伺服综合性能检测系统的原理是通过3类传感器，即压力传感器、流量传感器、温度传感器，从被测电液伺服系统相关部位采集各类模拟信号，将这些信号经过检波、放大、调理后，由数据采集卡进行采集，然后将信号送往工控机，在LabVIEW软件平台下完成被测电液伺服系统的各种参数设置及性能测试，检测结果在屏幕上进行显示或者通过打印机打印输出。该测试系统的基本原理如图2所示。

3 电液伺服性能测试系统总体结构设计

3.1 电液伺服虚拟测试系统完成的主要功能

根据该型装备电液伺服系统的技术指标，测试系统分八个模块设计测试功能：

1)初始状态测试：测试电液伺服系统启动前的各项机械、电气所处的状态。

2)准备状态测试：给测试系统电控制信号后，测试系统启动并进入加电工作状态，显示目前的各项工作参数。

3)压力测试：此项是给电液伺服系统中旁通组合加电，测试旁通回路的压力。

4)主泵压力流量测试：测试电液伺服系统中液压源的性能指标，包括工作压力和输出流量，依此判断液压泵的功率情况。

5)电液伺服阀内泄漏特性测试：空载状态下电液伺服阀零偏时，伺服阀阀芯不在零位测试伺服阀内泄漏值。

6)电液伺服阀空载流量测试：给定伺服阀压降和零负载压力下，使输入电流在正负额定电流之间，以使阀的动态特性不产生