1、 PAGE53 / NUMPAGES53中文摘要汽車離合器是汽車傳動系統中的主要部件之一，離合器工作狀況的好壞直接影響到汽車整體性能，對離合器的檢測至關重要。研究開發自動化程度較高的此類試驗設備，對于提高產品質量，促進國汽車零部件工業的發展具有重要意義。該離合器總成參數測試系統是一臺集機、電、液、計算機于一體的高性能半自動測試臺，其主要功能是連續采集多路傳感器信號、動態顯示測試過程、高速保存測試數據、實時回放磁盤數據、多組數據對比分析等。該測試系統還具有后臺打印功能，能根據測試者的需要將測試結果打印出來。為了滿足本系統所包含的豐富的測控功能，設計了以工控機為核心的微機控制系統，詳細介紹了該系硬

2、件和軟件的結構和工作原理。硬件設計方面，研制了單獨的測試操作平臺，并設計了液壓伺服控制系統，使整個系統具有了穩定的可控性，響應動作的快速性，較大可變的驅動力等優點，更符合市場的需求和發展。本系統控制軟件的開發所采用的組態王軟件已經成為現代設計復雜測試系統和測試儀器的主要方法和手段，同一般的編程語言相比，使用更加簡捷方便，開發過程更加簡單，大大縮短了開發周期。該測試系統在開發完成后進行了多次的驗證試驗，并根據試驗結果和設計要求對其作了進一步的改進和完善。試驗證明，該測試系統具有測試精度高、抗千擾能力強、性能穩定、人機界面交互友好等優點。已達到了儀器產品的要求。關鍵詞:試驗臺工控機離合器總成自動控

3、制組態王軟件AbstraCtClutch is the main parts auto transmission system, one of the clutch of working condition of the direct influence on the overall performance cars, the detection of the clutch is very important. Research and development of high automation such test equipment, to improve product quality,

4、 promote the domestic auto parts industrial development to have the important meaning.The clutch assembly parameters test system is a collection of machine, electricity, liquid, computer in the integration of high performance semi-automatic testboard, its main function is continuous collection multi

5、-channel sensor signal, dynamic test process, high speed that save test data, real time playback disk data, sets of data analysis, etc. This test system also has the background print function, can according to the test of will need to print out the test results. In order to meet the system contains

6、rich measurement and control function, design with the industrial computer as the core of the microcomputer control system, detailed introduces the hardware and software of the department of the structure and working principle. The hardware design, developed a separate test operation platform, and d

7、esigned a hydraulic servo control system, the system has a stable controllable, the response of the speed of action, the bigger the driving forces of variable etc, and more in line with the needs of the market and development. The control system of the development of software used by the configurati

8、on king software has become the modern design complex testing system and test instrument, the main method and means, the same of programming language, compared to use more simpler.can development process is more simple, greatly shorten the development cycle.This test system development after complet

9、ing the DuoCi validation testing, and based on the results of experiment and design requirements for the further improvement and perfect. The experiment proved that the testing system has high precision, fight test interference ability strong, stable performance, man-machine interface interaction fr

10、iendly, etc. The instrument has reached the requirements of the product.Keywords:Test the clutch assembly industrial automatic control configuration king software第l章緒論1.1課題研究的背景離合器總成慣性試驗臺的研制課題是應五征集團農用車的要求而提出的。此公司是一家國知名的農用車生產基地，其產品以經久耐用而聞名。由于公司規模的擴大與對產品質量的進一步提高，要求在原有的離合器試驗臺的基礎上研制出改進型的新設備。由于離合器總成慣性試驗是

11、離合器性能試驗的重要容，試驗對試驗設備的測試精度，自動化程度與可靠性均有較高要求。本項目于2005年3月立項2006年1月通過專家鑒定驗收，并且受到了一致好評。作者作為該項目監測系統的主研人員參加了從設計方案到調試驗收的全部過程。與設備較舊的試驗臺相比，該試驗臺無論在機械性能，控制性能，測量圍，測量精度，使用壽命與安全性等方面都有進一步的提高。1.2課題研究的意義離合器是汽車傳動系的重要部件，它用來切斷和實現對傳動系的動力傳遞。通過它與發動機相連接，以保證:在起步時將發動機與傳動系統平順地結合，使汽車能平穩起步;在換檔時將發動機與傳動系迅速徹底分離，減少變速器中齒輪之間的沖擊，便于換檔;在運轉

12、中汽車受到過大的載荷沖擊時，能依靠離合器打滑保護整個傳動系統，防止零件因超載而損壞。因而，其性能的優劣對于增加汽車傳動系的負載能力、汽車的壽命，增強起步和換檔的平穩性、以與減輕駕駛員的勞動強度等各方面都有著極其重要的關系。現代汽車發動機功率的加大，行駛速度的提高，對離合器的工作條件與技術要求日趨嚴格，要求離合器應具有更高的傳遞性能和使用可靠性，基本有要求如下:1.能可靠地傳遞發動機的最大扭矩。2.接合時要平順、柔和，使汽車起步時沒有抖動和沖擊。3.分離時要迅速徹底。4.離合器從動部分的轉動慣量要小，以減輕汽車起步和換檔時變速器齒輪、輪齒間的沖擊，方便換檔。5離合器的工作性能應保持穩定，這就要求

13、作用在摩擦片上的總壓力要不因摩擦表面的磨損而變化，或者變化較小。操縱輕便，要求使用壽命長等等。汽車離合器靜摩擦性能檢驗可獲得扭矩一壓力特性曲線。曲線圖能反映離合器總成壓力與扭矩之間的關系，從中能得到離合器性能的重要參數。試驗表明，這些參數對離合器的整體壽命起著至關重要的作用。因此，要全面準確評估離合器的性能，需要準確檢測出這些參數。國外先進工業國家的汽車產業大都相當發達和成熟，一個非常重要的原因是擁有相當豐富和成熟的產品檢測和試驗手段。我國的汽車工業從無到有，發展相當迅速，促進了汽車零部件性能試驗技術與設備的發展。許多大中型生產廠家都具備了一定的對重要零部件進行各項性能試驗的能力。但總體而言，

14、在這方面我們與國外先進水平相比，還是有一定的差距的。單就離合器總成而言目前國許多離合器生產廠家對離合器總成慣性試驗尚處初期階段，只能完成簡單的分合運動和粗略地記錄運行時間，設備簡單。許多試驗參數無法調整檢測和控制，自動化程度也很低。通過本課題的研究，能夠比較準確地綜合評估離合器的壽命，可以增強國研制類似的汽車零部件試驗設備的能力，推動國試驗研究技術與設備的發展。當今世界先進工業國家正處于由“工業經濟”模式向“信息經濟”模式轉變的時期，其術進步因素起著極為重要的作用，它在經濟增長中占7既至80%。以高新技術為核心，以信息電子化為手段，提高工業產品附加值，這己經成為現代工業企業自動化的重要發展目標

15、。從我國經濟發展史來看，其工業經濟增長主要是依靠投入大量資金和勞動力來實現的，尚未充分發揮技術進步在工業經濟增長中的“二次效益倍增器”的作用。如何加快發展電子信息技術，調整產業結構，適應世界經濟發展需求，是當前我國工業企業自動化界研究的重要課題之一。因此，通過本課題的研究可以提高國機電一體化設備普與程度，促進國機械制造水平的提高。1.3課題研究的容根據離合器總成慣性試驗的要求以與用戶對試驗臺的操作使用和規格性能等方面的要求，歸納出本課題應完成的主要研究容如下。計算機監測系統的含義是指:具有數據采集、監測、控制功能的計算機系統，加上檢測裝置、執行機構與被監測控制的對象(生產過程)共同構成的整體。

16、在這個系統中，計算機直接參與被控對象的檢測、監督、控制。根據試驗特點，采用工業組態軟件實現離合器總成慣性試驗臺的計算機監測與管理，完成對工業現場的實時監制。試驗臺的主要功能如下:1.離合器總成慣性試驗數據采集利用各種傳感器測得壓力、扭矩、位移等參數，并進行AD/轉換后傳到上位機。2.選擇合適的監控軟件進行數據檢測結合五征集團離合器總成慣性試驗臺的實際情況，選擇對此系統進行實時檢測的監控軟件組態王，并在WindowSZ000系統下編制離合器總成慣性試驗系統的監控軟件。3.實現運行趨勢的分析報告利用監控軟件對歷史數據與當前數據進行分析，做出歷史曲線，總結規律。4.報警功能利用監控軟件對系統出現緊急

17、情況進行實時報警。第2章離合器總成慣性試驗臺概述摩擦離合器是應用得最廣也是歷史最久的一類離合器，它基本上是由主動部分、從動部分、壓緊機構和操縱機構四部分組成。主、從動部分和壓緊機構是保證離合器處于接合狀態并能傳動動力的基本結構，而離合器的操縱機構主要是使離合器分離的裝置。發動機飛輪是離合器的主動件，帶有摩擦片的從動盤和從動毅借滑動花鍵與從動軸(即變速器的主動軸)相連。壓緊彈簧則將從動盤壓緊在飛輪端面上。發動機轉矩即靠飛輪與從動盤接觸面之間的摩擦作用而傳到從動盤上，再由此經過從動軸和傳動系中一系列部件傳給驅動輪。壓緊彈簧的壓緊力越大，則離合器所能傳遞的轉矩也越大。由于汽車在行駛過程中，需經常保持

18、動力傳遞，而中斷傳動只是暫時的需要，因此汽車離合器的主動部分和從動部分是經常處于接合狀態的。摩擦副采用彈簧壓緊裝置即是為了適應這一要求。當希望離合器分離時，只要踩下離合器操縱機構中的踏板，套在從動盤毅的環槽中的撥叉便推動從動盤克服壓緊彈簧的壓力向松開的方向移動，而與飛輪分離，摩擦力消失，從而中斷了動力的傳遞。當需要重新恢復動力傳遞時，為使汽車速度和發動機轉速變化比較平穩，應該適當控制離合器踏板回升的速度，使從動盤在壓緊彈簧壓力作用下，向接合的方向移動與飛輪恢復接觸。二者接觸面間的壓力逐漸增加，相應的摩擦力矩也逐漸增加。當飛輪和從動盤接合還不緊密，二者之間摩擦力矩比較小時，二者可以不同步旋轉，即

19、離合器處于打滑狀態。隨著飛輪和從動盤接合緊密程度的逐步增大，二者轉速也漸趨相等。直到離合器完全接合而停止打滑時，汽車速度方能與發動機轉速成正比。摩擦離合器所能傳出的最大轉矩取決于摩擦面間的最大靜摩擦力矩，而后者又由摩擦面間最大壓緊力和摩擦面面積與性質決定。故對于一定結構的離合器來說，靜摩擦力矩是一個定值，輸入轉矩一達到此值，離合器就會打滑，因而限制了傳動系所受轉矩，防止超載。2.2離合器總成試驗臺系統的組成本系統測試平臺主要由測試試驗臺和液壓伺服系統兩大部分組成。工作時，各構件之間協調工作來完成我們既定的測試功能。圖2.2所示為試驗臺的組成情況，簡述如下。1.試驗環境常見的環境條件有溫度、濕度

20、、電場磁場等，有些情況下也對振動、沖擊等環境條件提出專門的試驗要求。溫度、濕度、電場、磁場等試驗環境可用帶自動控制系統的專門試驗設備來實現，如溫度自動調節系統等，而振動沖擊等環境試驗則要在專門試驗臺上進行。圖2.2試驗臺系統組成框圖 2.驅動系統零部件的性能試驗往往是在運行的情況下進行的，這時需要可調節的驅動系統。目前較常使用的驅動裝置有直流或交流調速電動機驅動裝置等。3.加載系統被試件的加載方式有多種，如定幅加載、周期變幅加載、程序控制載荷譜隨機加載等。方式不同，加載系統復雜程度也不同、為適應不同的試驗載荷，加載系統要求對受控參量可調。加載手段有機械、液壓、電磁等多種，而動力的提供大多以電力

21、為基礎。在離合器總成參數測試系統中，采用液壓伺服系統作為其加載部分的動力執行元件。它具有友好的可控性和較大的驅動力，響應速度快，控制精度高，并能達到較好的穩定性。4.參數測量系統在試驗過程中，要使用各種傳感器和數據記錄、采集設備，以獲得被測對象在運行中的各種參數，經過處理后得到反映其性能的各項指標。對于不同的試驗和參數，所要求的測量精確度各不一樣，因此對試驗用的傳感器必須進行精確度等級的標定，以確保試驗結果的精確性。測試儀器還應定期檢定。為確保試驗中采集到的數據的精確度和減少噪聲干擾，通常要根據試驗要求進行各種處理和變換，以得到可靠的最終檢測結果。5.設備控制系統在產品試驗常要對被試對象的驅動

22、、加載、運行過程以與信號適調、處理、顯示等進行各種控制，以確保測量與試驗過程的正確進行和數據的準確采集。離合器總成試驗臺的具體構成還將在后面分別加以論述。第3章試驗臺測控系統的總體設計思路離合器總成試驗臺的組成有四部分:加載部分、液壓執行機構、電氣驅動部分、檢測部分和控制部分。所以其總體設計主要包括液壓伺服系統設計、驅動系統設計、檢測系統設計以與控制系統設計。試驗臺屬機電一體化系統，除機械外還涉與計算機接口技術、傳感器技術、信號采集與處理技術等，在構建系統控制電路時還需要具有強電的專業知識。其中，本課題則主要研究檢測系統與控制系統的原理與設計。3.1測控系統簡介本文所設計的離合器總成慣性試驗測

23、控系統，按結構可分為輸入級，監控級和現場執行級三個部分。輸入級是監控系統的前向通道，由傳感器測得各參數的變化值，通過各路數據采集卡送入工控機;現場執行級是測控系統的執行部分，執行部分作為本測控系統的后向通道，將DA/轉換器的輸出信號送給液壓系統的比例調節閥，從而對所加負載進行大小控制;并輸出開關量信號，控制離合器分合，以與各電機的啟動情況。監控級是整個測控系統的管理端，為測控系統的正常運行提供良好的人機交界面，如提供報表打印、數據庫查詢功能、實時曲線顯示、歷史曲線顯示、故障報警等功能。整個測控系統框圖用圖3.1表示:圖3.1系統設計思路框圖通過框圖可看出，控制系統中包含一個由工控機、采集卡、D

24、/A轉換器單元、伺服放大器、電磁比例閥和液壓執行機構組成的單回路伺服控制系統，整個系統的工作流程如下:(一)測試離合器的靜摩擦轉矩。被試離合器處于接合狀態，由上位機控制面板按鈕控制液壓執行機構對離合器進行緩慢加載，測量記錄離合器靜摩擦轉矩;(二)測試離合器的起步性能和熱負荷性能。被試離合器處于分離狀態，啟動電機，由液壓執行機構對離合器加壓，使離合器逐漸處于壓緊狀態，待主從軸同步旋轉后，分開離合器，制動從動軸轉速為零，計算離合器接合一次的滑磨功、主從動軸的角速度、接合一次的時間;(三)測試離合器的耐久性能。使離合器處于分離狀態，啟動試驗臺，達到試驗轉速，開始計接合次數。試驗離合器的分合由計算機自

25、動控制動力缸的位移或軸承載荷的大小來實現。計算機輸出信號控制比例調節閥，比例閥推動動力缸并通過杠桿來實現位移調節。采用了動態響應高、穩定可靠的電液比例閉環控制系統，實現對被試離合器的加載和往復運動。該系統采用電液比例換向閥和放大器作為控制元件，油缸作為執行元件，通過位移傳感器、力傳感器的反饋信號，由反饋調節系統實現了離合器行程、載荷的自動控制。此時，壓力傳感器測得離合器的壓緊力，扭矩傳感器測得離合器的靜摩擦轉矩，位移傳感器測得離合器分離行程以與編碼器測得主從動軸的轉速，通過AD/轉換板卡PCL一7lBl將信號傳到上位機監控程序中實時顯示。3.2電氣控制系統技術要求1.計算機采用研華610H型工

26、控機;2.工控機與外圍系統的通訊穩定可靠，抗干擾能力強;3.系統使用的各種傳感器和儀表工作穩定可靠，抗干擾能力強;4.轉速0147Orpm時電機(包括風扇)噪聲小于70dB，電機功率滿足實驗要求:5.扭矩傳感器轉速在1470rmP時噪聲小于7OBd;6.系統在各檔位可以分別調速，按要求加載，轉速控制精度士3RAD/MNI，扭矩控制精度士N3.M;7.系統的各種運動應有連鎖保護;8.電磁閥的電源采用24VDC;9.系統各傳感器信號線與通訊線均采用屏蔽電纜，屏蔽層在儀表側接信號線，以增強抗干擾能力。動力線與信號線與通訊線分開布線;10.輸入與輸出電機的動力線采用屏蔽電纜，屏蔽層在電機側和驅動側可靠

27、接地，以降低電磁干擾;3.3設計原則與思路3.3.1設計原則離合器總成慣性綜合測控系統的工作環境相對要求較高，動作互鎖性強，其工作性能直接影響到所測參數的不確定度，因而在設計時必須要遵循可靠、適用、先進和開放的原則。 可靠性原則。在系統中所采用的控制設備的耐用是很重要的，必須選用成熟可靠的控制產品和各類傳感器。主要控制設備必須具備防塵、防震、防干擾的能力。在信號采集、開關確認等方面進行模擬調試，確保系統的長期穩定可靠運行，總之，可靠性原則必須貫穿整個系統設計始終。適用性原則。離合器總成慣性試驗測控系統的控制方式必須從安全運行、簡化操作、實現自動控制的目標出發，能控制離合器準確分合，實時記錄各參

28、數值和曲線，監控程序界面友好，人機交互功能強。先進性原則。隨著工業控制理論、傳感器技術、計算機控制技術的發展，本測控系統將采用最新技術成果和理論。開放性原則。系統在設計時應充分考慮到以后足夠的擴充和升級余地。在測控系統設備選型時應考察其接口的通用性與互連性，不宜采用封閉式的、自成體系的連接模式，為今后的系統功能擴展留有余地。3.3.2設計思路整個測控系統的設計思路著重分三個方面考慮，具體如下:1.測控系統的前向通道是指從工業現場到上位機終端的前向通道部分。在本系統中，壓力傳感器、扭矩傳感器等測得參數變化信號，經變送器得到調理信號，通過數據采集卡送入工控機進行實時顯示。被測參數包括離合器壓緊力、

29、離合器靜摩擦轉矩與離合器分離行程三個參數。2.控制柜電路部分設計。控制柜起到了對測控系統的硬件控制電路屏蔽和干擾作用，它含有系統供電電路，繼電器等開關量和模擬量輸入輸出系統;比例控制器要是對DA/單元輸出的模擬量進行放大，進而控制電磁比例閥的動作。3.上位機實時監控程序部分。該試驗臺采用了性能可靠、工作穩定的工業控制微機技術。采用模塊化設計，實現了多項功能試驗，具有完備的設定、存儲、打印、報警、圖譜跟蹤等功能。第4章離合器總成試驗臺的測控原理汽車離合器總成慣性試驗臺的電氣控制和測試系統是以工業控制計算機為中心，由變頻無級調速系統、液壓比例控制加載系統、離合器動作控制系統和測試系統等組成。如圖4

30、.1是試驗臺控制系統的組成框圖，主要有微機系統、變頻電機控制系統、檢測系統、操作面板與強電控制裝置組成。微機系統采用工業CP機，它在圖4.1測控系統組成框圖功能上與標準個人計算機CP完全一樣。各硬件模塊也與CP總線標準兼容，因此可以充分利用PC機豐富的軟、硬件資源，產品開發周期短，功能強，適應性寬。微機通過各種外設接口對檢測系統和驅動系統等進行實時控制，并實現各部分的協調工作。主要的接口板為AD/轉換板、計數器板和并行工/0板。控制系統的詳細工作原理將在后續部分詳細介紹。4.1變頻無級調速系統4.1.1轉速控制原理離合器試驗臺主軸轉速都要求無級可調，因此我們選擇了三相異步交流電機和變頻器組成交

31、流變頻調速系統作為設備轉速控制部件。其中采用了SB4os18.5的森蘭變頻器和一臺18.SKw的變頻調速電動機。該系統所選用的器融合最新微電腦控制技術，具有多項自動保護功能，可自測電流、電壓與頻率。除可使用手動模式設置運轉方式外，還可通過RS一485串行通訊口與計算機通訊，由計算機輸出信號進行運轉方式控制。4.1.2試驗臺所用變頻器的控制方式選擇該試驗臺所采用的變頻器是希望森蘭變頻器制造生產的變頻器。該變頻器的電路連接分為主電路端子和控制端子，如圖3.4所示。主電路端子分輸入端子和輸出端子，輸入端子用來外接三相交流電源，輸出端子連接三相電機。變頻器控制端子用于連接外部控制信號輸入、與微機的RS

32、485串口通信以與各種監測信號以與報警信號的輸出。變頻器的控制包括運行頻率設定和變頻器起停控制兩個容，可以分別由鍵盤操作、外部端子輸入命令操作兩種方式完成，也可以兩種方式混合使用。鍵盤操作就是由變頻器自身所帶鍵盤面板直接輸入控制命令完成頻率的設定和起停控制。采用外部端子輸入命令方式則便于與微機接口，實施遠程控制。由變頻器外部端子接線圖可知，變頻器輸入方式主要有以下三種:1.RS485串口通信RS485串口通信端子用于與上位計算機進行通信，實現上位機對變頻器的控制。其通信的數據格式有嚴格的要求。這種方式的優點是接線簡單，很容易實現一臺微機對多臺變頻器進行控制，缺點是上位機通信程序編制較為復雜，而

33、且變頻器響應速度受限，不如接點輸入方式快。2.模擬量輸入方式模擬量輸入分為電壓輸入和電流輸入兩種，分別有不同的端子實現。變頻器根據輸入模擬量的大小完成對輸出頻率的設定。這種方式的優點是可以實現平滑無級調速，進而可以與電機形成閉環控制回路，實現高精度轉速控制，缺點是模擬信號抗干擾性較差，容易導致調速系統不穩定。采用這種方法與微機接口，還需要用到DA/轉換接口。3.接點輸入方式接點輸入方式是采用開關信號形式輸入命令，由多個開關信號的開關狀態組合構成多種頻率選擇命令，對變頻器實施控制。采用這種方式需要通過鍵盤在變頻器部預先設定多種頻率，分別對應每種開關信號。因此采用這種方式實際上是有限多級調速，但通

34、過改變預存在變頻器中的頻率值，也可以實現所需的各種頻率輸出，即間接實現無級調速。這種方式簡單易行，響應速度快，與微機接口只需并行1/0接口板，硬軟件實現較為簡單，而且開關信號抗干擾性較強，系統穩定性好。雖然根據技術協議要求對試驗臺扭轉頻率能夠無級調節，也即對電機控制能夠無級調速，但通過對試驗方法和試驗過程的分析可知，試驗機對連續無級調速要求并不高。綜合比較上述各種方式的優缺點，本課題設備采用了接點輸入控制方式。試驗臺所選用的變頻器有5個接點輸入端子，可以由鍵盤對每個端子的功能與作用進行定義，其中3個端子可以定義為頻率選擇端子，可以選擇多段頻率1一7段，完全可以滿足試驗臺扭轉頻率對電機轉速的要求

35、。除了3路頻率選擇信號外，試驗臺為控制變頻器的起停還需要一路正轉信號;所以需要正、反轉兩條信號線;以與4種加、減速時間和外控頻率加減信號。變頻器控制信號與微機的接口詳見后續章節。4.2液壓比例控制加載系統4.2.1電液比例控制技術電液比例控制技術廣泛應用于工業控制，從而實現了設備控制的自動化。采用電液比例控制技術，不僅能完成諸如壓力控制、位移和速度控制并能承受高頻率的載荷沖擊，而且控制精度高、響應速度快、體積小，可實現連續信號控制和脈沖信號控制同時充分發揮了比例控制系統的優點:對外界環境的低敏感性，無須精細的濾油裝置，固有的穩定性能，較小的滯環，更重要的是其使用較為經濟，特別適用于離合器試驗臺

36、的應用。在本課題中，控制的對象為柱塞泵控制活塞的位移和速度，從而控制液壓泵排量來控制壓力油作用力。電液比例控制是指按電信號調制液壓參數，是一種理想的液壓系統與電子系統的結合，可用于開環和閉環控制系統中，以實現對各種運動進行快速、穩定和精確的控制。電液控制的核心是比例閥，電子放大器根據輸入信號調整供給比例電磁鐵的電流，電磁鐵將此電流轉換為作用于滑閥芯/錐閥上的力，從而實現比例閥的功能要求。4.2.2電液比例控制原理1.開環控制系統開環控制系統適用于在兩個不等同的液壓參數之間提供一個平滑漸進的變換控制過程。此時被控對象的運動過程須靠連續手動控制和測量。開環控制系統適用于控制精度不高的場合，且易受到

37、環境的干擾，例如溫度變化、液壓油粘度變化、以與物體運動產生的慣性作用等均對開環裝置的控制產生影響。2.閉環控制系統閉環控制系統中，被控液壓參數的變化是通過傳感器的反饋信號而連續檢測的。因此閉環控制系統不易受環境干擾，系統測試精度較高。如圖4.3所示，傳感器向電子放大器傳送電信號，放大器(模擬比例積分微分調節插板或數字中樞控制插板件)接收此反饋信號，并將反饋信號與輸入電信號進行比較，這兩個信號的差值作用于PDI，改變送給比例閥的指令信號，比例閥自動控制調整量，消除差值，以實現被控對象進行連續不斷地測試與控制。4.2.3加載控制系統設計1、工作原理電液比例速度系統是由液壓能源裝置和電液比例閉環控制

38、系統構成的。液壓能源裝置用來向電液比例速度系統提供具有一定壓力和流量的液壓油，以滿足液壓執行機構的要求。為了保證電液比例速度系統的工作可靠，性能穩定，那么就要求液壓能源裝置提供給比例閥的液壓油工作壓力的脈動峰值要小，液壓執行機構一油缸的速度要足夠快，液壓油的清潔度要高，液壓油的工作溫度應控制在比例閥允許的圍。液壓能源裝置主要由油箱、粗濾油器、油泵、電機、精濾油器、溢流閥、冷卻器、單向閥和液壓附件等組成，詳見圖4一2。液壓油經濾油器進入葉片泵，通過溢流閥按工作需要調整壓力后，分別進入比例換向閥，再由比例換向閥控制流量大小與換向閥控制方向來驅動軸向柱塞泵控制活塞動作，從而完成軸向柱塞泵的加載工作。

39、2.閉環控制系統試驗臺的電液比例速度系統是一個完善的閉環控制系統見圖4.5。它主要由三部分組成:由比例放大器和比例閥的力矩馬達組成的控制部分，由比例閥和油缸組成的液壓執行機構，由壓力傳感器組成的測試反饋系統。該系統由微機控制系統發出相應的指令信號，通過DA/轉換，由比例放大器驅動電液比例閥，使其輸出相應的流量，再驅動控制活塞實現壓力的控制。通過壓力傳感器的反饋，由PID對信號自動調節、修正。圖.45閉環控制系統框圖采用比例閥液壓控制方式可以按輸入的電信號來進行流量和位移控制，控制圍大，精度高，并可以遠距離連續按比例控制試驗軸承所需載荷的大小和位移的大小。3.比例電液控制器本試驗采用VT一ZOO

40、BS40G型電液比例控制器，其通常用于VA/E變量葉片泵，AV7、AZV軸向柱塞泵、A6V軸向柱塞馬達與DEB系列先導式比例溢流閥，DBE系列先導式比例壓力閥的控制。主要技術參數如下:電源:直流24V(22V一35V)功率:30w負載電阻:1825Q先導電流:10OmA顫振額率:200/100HZ最大輸出電流:800mA控制電源:士V9士%1環境溫度:O一40溫度漂移:0.5(最大電流值的)%。4.3離合器動作控制原理汽車動力傳動系統換檔時，離合器的接合分為三個階段:空行程階段、滑磨階段、無滑磨階段。在空行程階段，離合器不傳遞轉矩，此階段不管離合器的接合速度如何都不會在傳動系中引起沖擊，也不會

41、增加滑磨功，因此應以最快的速度結束空行程階段，以減少換檔時間。在滑磨階段，主從動片產生滑磨，開始產生轉矩而且轉矩將隨著離合器行程的加大而增加，直到克服最大的滾動阻力，使車輛開始運動，在此階段離合器的接合情況將對整個控制系統產生非常重要的影響。到同步接合階段，滑磨己經停止，轉矩不再增長，離合器的接合對換檔已無任何影響，應盡快結束。該部分采用液壓控制方式，由計算機給出開關信號，啟動油泵電機，打開加壓電磁閥，壓力油推動動力油缸給試驗離合器施加壓緊力，離合器接合;壓緊力達到定值，保持一段時間，啟動卸壓電磁閥，壓力油回流，離合器分離。動力缸在壓力油的推動下形成的作用力和產生的位移，分別由力傳感器和位移傳

42、感器的信號送入計算機，計算機對位移、壓緊力實現實時顯示。此外，在離合器接合階段，扭矩傳感器測得離合器靜摩擦轉矩，主從動軸的轉速均通過AD/轉換模塊傳到計算機上顯示記錄。采用液壓控制離合器分離方式可以分為手動控制和自動控制兩種。按照測試的離合器的性能參數標準以與廠方的操作要求，特地研制了一套實時監控軟件，它能夠對系統進行實時監測、顯示和記錄，對數據進行分析處理和對控制參數進行現場修改，實質上是實現同控制系統的人機對話。4.4離合器試驗臺的檢測系統設計4.4.1試驗臺的測試參數試驗臺主要的測量參數是:輸入模擬信號包括加載扭矩值、離合器壓緊力、柱塞泵壓力和主電機轉速等;輸出模擬信號包括比例控制器設定

43、值;輸入開關信號包括接近開關信號;輸出開關信號包括多段速指令、離合器合開關、離合器關開關、油泵開關、主電機開關等信號;輸入脈沖信號包括離合器位移等。另外，軸向柱塞泵的油壓也需要測量，以便于與時對所加試件的負載進行調節。4.4.2扭矩側試原理在離合器總成扭轉過程中，由于彈簧和摩擦片的作用而產生扭矩，這個扭矩不易直接測量，而測試主軸連接驅動源和試件，因此可以通過測量主軸所受扭矩間接測量試件所受扭矩。實際上，本項目設備的主軸作為扭轉軸彈性元件與粘貼在其表面的電阻應變片一起組成電阻應變式扭矩傳感器對試件所受扭矩進行測量。電阻應變式扭矩傳感器主要由扭轉軸彈性元件、電阻應變片和測量電路等組成。扭轉軸彈性元

44、件的作用是感受扭矩，并將扭矩的變化轉換成應變的變化。電阻應變片是傳感器中的敏感元件，能將彈性元件的應變變化轉換成電阻變化。由于電阻變化不易直接測量，因此需要采用測量電路將應變片電阻變化轉換為電壓或電流的變化，常用的傳感器測量電路是電橋電路。在電橋供電電壓穩定時，電橋電壓輸出與扭轉軸所受扭矩線性變化，通過這種線性關系，就可以將非電量扭矩轉化為電壓量進行測量。采用全橋電路可減小非線性誤差，且可起到溫度補償作用。本試驗的扭矩測量采用中國航天科技集團公司第701研究所的Hx一90系列扭矩信號電子禍合器以與與之結合使用的旋轉軸參數顯示儀。將帶電子藕合器的傳感器安裝在輸出花鍵軸上，靠近軸向柱塞泵。電子禍合

45、器主要測試離合器靜摩擦轉矩和從動軸轉速。由電子藕合器測出的扭矩經扭矩傳感器將非電量信號(扭矩)轉換成電量信號，送入計算機處理，并經旋轉軸參數顯示儀顯示。下面簡要介紹旋轉軸參數顯示儀。1.用途與特點:本儀器與HX一90系列扭矩傳感器結合使用可以有效地解決轉矩、轉速、功率等各參數的測試。它具有精度高、頻響快、可靠性好、壽命長等優點。它與HX一90系列扭矩傳感器配合可廣泛用于電動機、風機、泵、減速器、卷揚機、鉆探機械等設備的負載轉矩與輸入功率的檢測。本參數顯示儀器在設計時，采用信號輸入通道實行電平檢測和信號輸入通道與主控部分使用光電藕合實行電氣隔離，同時使用看門狗技術以與軟件部分采用數字濾波技術，以

46、提高系統的抗干擾能力。2.主要參數指標:測量圍:0I0000N.M精度:扭矩士0.%5轉速精度:30個脈沖/轉，無累積誤差電源電壓:AC22V0士2%04.4.3壓緊力測試原理由于計算機能夠進行非線性校正，因此選擇傳感器時，主要根據精度選擇傳感器，而把傳感器的線性度要求放在次位，同時考慮傳感器在動態性能上的工作頻率是否滿足要求。本系統壓力傳感器用來測量動力缸施加給離合器總成的壓力。本系統采用的是PT一S型，精度2%，量程40MPa應變電阻式壓力傳感器，它根據電阻絲的阻值隨幾何尺寸變化的原理制成的。油的壓力作用在膜片上，膜片變形而推壓感側薄壁圓筒，在筒壁上沿軸線方向上貼著一個應變片，沿圓周方向貼

47、一同阻值的應變片。當受壓時，軸向壓縮、橫向膨脹，因而使軸向上的應變片阻值降低，橫向上的阻值增加。這樣既提高了電橋的靈敏度，又實現了溫度補償。在離合器總成試驗中，打開壓緊電磁閥，離合器接合并壓緊，壓緊力逐步增大，這個壓力由壓力傳感器測得。本試驗的壓力測試采用中國航天科技集團公司第701研究所的BK一1型傳感器配合TS一SH智能測試儀來完成。TS一SH智能測試儀的性能參數簡述如下:1.用途TSH5智能測試儀，運用單片微處理機技術，采用高精度數據采集轉換器，抗干擾能力強。因此本儀表適合用于高可靠性的工業測控場合。本儀表可直接配接各種電阻應變傳感器使用，表提供高穩定度直流1v2或2v4激勵電源，用戶接

48、通220v電源，即可形成一個完整的應變應力測量裝置，可精確的測量顯示力、重量、壓力、力矩、傾角、位移和應變等多種物理量。峰值保持功能可實時測量并保持顯示正向或負向最大值，直到功能解除。2.主要技術指標安裝形式:本儀表為面板表，可方便地安裝在儀表盤上。開口尺寸(二):巧+IlX7+5l。報警形式:上、下限雙點報警，報警點位置可在15%0量程任意設定，用發光二極管指示。輸入信號與顯示:輸入為0一10mA、4一20mA、1一V5、O一V5信號等。顯示為O一9999，小數點位置可調，可因測量對象選擇顯示單位。精度等級:0.%1。工作環境:電源為交流22V0士10%/50Hz，功耗為10W。溫度為550

49、，濕度為0一90%HR，無腐蝕性氣體場合。表提供傳感器用1V2或2V4直流電源。外形尺寸(mm):160X80X180。重量:約1.0公斤。.4.44轉速測試原理在離合器總成試驗中，需要測試主從動軸的轉速，采用HX一901(sooN0.M)扭矩信號電子禍合器接結合專用測速傳感器與其測試碼盤，即可轉速信號。1.轉速測量方法采用光電式傳感器進行非接觸性測量。信號處理電路分為兩部分:禍電路它是產生測速脈沖的電路，采用槽式光電藕合器，射極輸出。電路如圖4.6所示。整形電路由光藕產生的測速脈沖，還不能被單片機所識別，需要整形放大。本裝置采用CD4O93施密特觸發器整形放大。轉速計算方法檢測在一個脈沖周期

50、單片機的定時器/計數器Tl的計數值Ml，單片機的時鐘周期為2協S，測速碼盤每轉發出60個脈沖，則電機轉速為以下所示:4.4.5位移測量原理離合器分離行程的測量，選用的是4YYDC一3OL型位移傳感器，該傳器屬于差動變壓式，具有位移測量圍寬，靈敏度高，線性度好，性能穩定可靠等特點。當傳感器活動處于中位時，由于左右兩邊氣隙、磁阻磁通位置各相等，所以二次線圈中感應電動勢e21二2e2，電壓U=0，當活動磁鐵偏離中位時，兩邊氣隙不相等，兩線圈互感M發生變化，e21共2e2，便有電壓輸出，其大小和相位決定于磁鐵移動量的大小和方向，WYDC型位移傳感器將傳感器、振蕩器和解調器、濾波器集為一體，只要外供直流

51、穩壓電源即可工作，其輸出電壓的大小與活動鐵心的位移成正比。該傳感器滿量程為3Ounll，輸出0一SV標準信號。第5章試驗臺測控系統的硬件設計微機在試驗臺測控系統中擔負著實時數據檢測和實時控制的雙重任務。一方面要實時采集試驗過程各種數據以與試驗臺的各種輸入信息;另一方面要對所采集數據進行與時處理，并對試驗臺各外部設備進行適時控制。試驗臺采用工業控制計算機(PIC)作為硬件平臺，其優點是可靠性高，抗千擾能力強，易于系統集成和維護升級。驗臺測控系統硬件配置可分為微機系統和外部設備與其接口兩大部分。圖4.1，是試驗臺的系統硬件電路圖，可分為五部分:微機系統、檢測系統、變頻驅動裝置、操作面板、強電柜。微

52、機系統由工業微機(IPC)與通用工/0設備構成。試驗臺采用研華工控機(IPC)作為微機基本系統，其無源母板結構、全鋼外殼、空氣過濾系統、冷卻系統、減振裝置、抑制電涌裝置等等使其更適合于工業現場環境。微機系統基本外設包括顯示器、鍵盤、外存、打印機等，微機基本外設將完成試驗臺大部分人機接口任務，另外試驗臺操作面板也將完成人機接口的輸入功能。我們所選用的打印機為Snasung1510系列激光打印機，其通用性好，體積較小、打印質量較高。測控系統外部設備主要包括扭矩傳感器與其放大器、霍爾傳感器、變頻器、繼電器以與操作面板上各種開關和按鈕等，它們分別通過各種接口電路板與工控機接口。5.2接口電路設計外部設

53、備與微機之間的信息交換需要通過接口進行，接口的作用不僅在于物理電路上的連接，也包括邏輯上的連接。在科技發展的今天，商品化的各種接口板卡品種繁多，且功能性能多元化，滿足機電設備的多樣化需求，使機電設備的接口設計工作大為簡化，也使模塊化組裝設計思想成為時下流行的方法。采用這種方法，設計者可以避免復雜費時的硬件電路設計調試，只需按照信號特征和系統的性能要求選用合適的接口板卡，這樣可以縮短系統設計開發周期和成本，而商品化的板卡由專業廠家生產，其可靠性能對提高系統整體性能也大有益處。接口板卡的選擇與信號種類有關。試驗臺所涉與的輸入輸出信號包括模擬信號和開關信號，我們分別采用了AD/板和工/0板來與微機接

54、口相連。5.2.1模擬量輸入接口試驗臺采用電阻應變式扭矩傳感器拾取扭矩信號，其電橋電路輸出跟隨扭矩變化的電壓信號。因此扭矩信號屬于模擬信號，此外，壓力傳感器的輸出電壓以與位移傳感器輸出的電壓也屬于模擬信號。模擬信號需經過一系列處理，最后轉換為數字信號才能與微機進行接口。試驗臺模擬信號輸入通道由傳感器、前置放大器、低通濾波器以與AD/板等組成。由于傳感器輸出電壓較弱，無法與AD/轉換器的全量程匹配，所以采用前置放大器將電信號放大，以充分利用AD/轉換器的分辨率提高測量精度。低通濾波器的作用是將混入輸入通道的高頻干擾信號濾除，以提高信號質量。A/D板上則包含了上述除信號測量與處理裝置外的其它部件。

55、前置放大器由專業研究所定制，經實驗其性能可靠。下面對所選用的A/D板的校核和接線作敘述。1.分辨率選擇AD/轉換的分辨率直接影響測量精度。本課題的試驗臺所測量扭矩的為量程2000牛米，分辨率為2牛米，設AD/轉換器為n位，則應有故選用12位的A/D板較為合理。2.采樣頻率的選擇AD/采樣頻率指每秒鐘可完成的AD/轉換次數。設離合器試件在最大扭矩段的扭轉剛度為K(Nm/)，運動到最大扭矩附近的轉速為。(/s)，扭矩測量分辨率為6(Nn)f，AD/采樣頻率為f，每次扭矩采樣需經過N次平均，則應有試驗臺轉速能達到500次/分，經過計算AD/采樣頻率f應大于6OHKZ，因此我們選了采樣頻率為100KH

56、的AD卡PCL818HD。3.A/D轉換輸入方式的選擇AD/轉換的信號輸入有兩種方式即單端輸入和差分輸入。如圖5.3所示，單端輸入方式每個通道使用一根信號線(信號正極)，參考電壓均接入AD/板的公共地。差分輸入方式每個通道使用兩根信號線，AD/轉換器的輸出為兩根信號線之間的電壓差值。由于差分輸入方式在信號進入AD/板后進行的是差動放大，信號受外界干擾與放大器零漂等影響較小，其AD/轉換的數據穩定性與精度比單端輸入方式好。考慮到本系統變頻器的干擾與扭矩檢測的精度，因此宜采用具有差分輸入方式的AD/接口卡。在差分輸入方式中，根據信號源端的接地與否，AD/板的公共地的連線又有所不同。由于本系統扭矩信

57、號源端采用“浮地”方式。因此只需將輸入信號線的低端直接引入AD/板的公共地端作為輸入信號的參考點。第6章基于組態軟件的離合器總成實時測控程序設計離合器總成試驗臺具有對數據的實時采集、對控制信號的與時識別以與對執行機構進行實時控制等方面的任務，所以它是實時控制系統。試驗中選用工業組態軟件“組態王”開發實驗系統的軟件平臺，構成監控畫面，完成人機對話和以動畫的方式顯示控制設備的運行狀態。61組態軟件6.1.1概述隨著控制自動化技術、計算機技術、通訊技術的迅速發展，組態軟件正成為監控領域中十分活躍的部分。組態軟件提供了靈活的組態工具和模塊，人機交互界面好，使系統功能易于實現。目前大多數組態軟件是一種分

58、布式監督控制和數據采集系統(Supe一:visoryCon廿。1AndDa、aACquisition，S以AD)，它既可以是單機集中式控制或分布式控制系統，也可以是帶遠程通訊能力的遠程監控系統。它集中了控制技術、計算機軟硬件、圖形顯示技術、局域網技術以與通信技術等多種先進技術，分布式的過程控制監控系統適用于上、下位機形式的硬件結構;集中式的過程控制監控系統適用于單機結構。當生成、啟動分布式系統后，下位機便充當現場站，不斷地實時采集、整理數據，并激活通訊系統將實時數據傳送給上位機，上位機一方面實現實時數據處理，將求解的控制結果實時送往下位機，另一方面也可將這些數據以各種圖表的形式直觀地顯示給用戶

59、。當生成、運行集中式監控系統時，系統一方面充當仿真終端，不斷地在后臺實時采集、整理數據，另一方面在前臺實時地買現監控功能。工控組態軟件是利用系統軟件所提供的工具，通過簡單形象的組態工作，構成系統的軟件。組態軟件的構成可用圖6.1所示的結構圖表示，通常包括以下幾個方面。1.人機界面設計。通過使用菜單和帶有圖標的按鈕，提供友好而易用的用戶操作，實現人機對話功能。2.豐富的圖形界面組態。這是組態軟件的顯著特點，包括控制軟件的總體顯示、工藝流程圖畫面、分組畫面顯示、實時/歷史趨勢圖顯示、過程控制系統實時數據顯示與報警等。所有畫面均可動畫形式反映控制系統的實施參數。圖6.1組態軟件組成示意圖3.控制策略

60、形成。就是對實時采集的信號進行處理的過程，包括輸入輸出、控制調節、數據處理等。4.報表界面與數據庫功能。工業控制軟件能提供容豐富的報表，報表可從實時數據庫或者歷史數據庫中獲得所需的數據，并按要求統計、歸納，并按照相應的格式進行存儲或打印。數據庫是工業組態軟件的基礎。系統運行過程中的各參數實時狀態，均可存放在實時數據庫中。在后續數據處理時，監控程序可從歷史數據庫中取出相應時間段的變量數據，通過編制得到相應的數據。5.工/0設備與通訊功能。工業組態軟件提供了多種工/0設備的驅動程序，如可編程控制器(PLC)、智能模塊、板卡、智能儀表、變頻器等使用時不必關心具體的通訊協議，只需在組態軟件的設備庫中選