机电传动控制小论文

虚拟经纱张力测试仪技术 前言 　　虚拟仪器技术是测试技术和计算机技术相结合的产物，是两门学科最新技术的结晶，融合了测试理论、仪器原理和技术、计算机接口技术、高速总线技术以及图形软件编程技术于一体。 　　虚拟仪器是由计算机硬件资源和用于数字分析与处理、过程通讯以及图形界面的软件组成的测控系统，它把仪器生产厂家定义仪器功能的方式转变为由用户自己定义仪器功能，也就是说传统测试中使用厂家生产的仪器，仪器的性能及功能在出厂时已被厂家定义，用户只能根据自己的要求和需要选择和使用；而虚拟仪器是在一定的硬件基础上，用户可根据测试的需求，编写软件定义自己的仪器功能。同样的硬件配置可开发出不同的仪器，例如在仪器面板上显示采集信号在时域的波形，那么该仪器为虚拟示波器；如果在程序中对采集信号进行FFT变换，那么该仪器就是虚拟频谱分析仪。笔者则用LabWindows／CVI来开发虚拟经纱张力测试仪，用来测试织机在工作时经纱张力的变化情况。 1 经纱张力传感器 　　织机在织造过程中，经纱动态张力对织造的，顺利进行有着很大的影响，张力过大，易引起断头，影响织造效率；张力不足易造成梭口不清，形成三跳疵点，使布面及纹路不够清晰。当经纱穿过轴时，经纱对两侧传力杆有压力，通过传力杆将压力传给弹性梁，使之产生应变，利用应变片将其应变转化为电阻的变化，然后再通过转化电路将电阻的变化转化为电压的变化，测量出电压值，根据传感器的标定就可求出相应的经纱张力。 2 虚拟经纱张力测试仪系统 2．1 系统结构 　　虚拟经纱张力测试仪的测试系统由传感器、数据采集卡、接口总线、硬件驱动程序和开发的测试软件构成，数据采集卡采用6024E，LabWindows／CVI平台开发测试软件，在Windows98操作系统下运行。 2 信号采集 　　由于要测出经纱张力与主轴转角的关系，所以用了3个传感器。传感器1是经纱张力传感器，把经纱张力物理信号转化为电信号；传感器2是光电脉冲传感器，用来测量主轴转角；传感器3是霍尔传感器，将霍尔电压作为测量触发信号。各个传感器输出的信号都要经过一个信号调理电路对信号进行处理(如滤波、放大等)，从混合信号中取出待测的有用信号，送人数据采集卡，并要适合数据采集卡的电压范围，通过总线结构送进计算机进行处理。 　　数据采集借助软件来控制整个DAQ系统，包括采集原始数据、分析数据等，调理后的信号经多路开关在软件设定采样率的控制下，巡回采集并放大，再经采样与保持及A／D转换器单元被量化成数字信号，成为计算机可以处理的信号，由虚拟仪器软件对测试信号进行计算、分析、显示，并储存结果。 3 虚拟经纱张力测试仪的设计 3．1 经纱张力测试仪的面板结构 　　虚拟经纱张力测试仪的面板右边的七个文本框输入内容，是用户根据实际测量的需求以及与采集卡的连接通道在开始测试前设定的。测量时，打开测试仪器开关，仪器就可以工作；按下采集数据，稍等几秒，面板上就会显示出经纱张力的波形图。保存数据就是对测量的原始数据、信号处理后的数据以及需要提供给用户的数据存取；读数据是读取事先已经测量的数据，然后在仪器面板上绘出曲线，这有利于事后分析；关闭仪器则退出测试状态。 3．2 虚拟经纱张力测试仪的软件 　　面板上的数据采集、关闭仪器、保存数据等命令按钮通过回调函数来实现各自的功能，整个源代码中数据采集的回调函数caiji是程序的关键。 4 虚拟经纱张力测试仪的应用 　　用所设计的虚拟经纱张力测试仪系统对YC—425型喷气织机测试，织机主轴每转一转，经纱张力周期变化一次，在0°附近，经纱张力最大，有利于打纬，最小张力出现在280°附近。在理论上来讲，下一个最大值出现在开口满开的位置，且一般只有两个峰值，在曲线上除了打纬点外，还有两个峰值，这说明在后梁装有张力缓解机构。最小张力也就是经纱的上机张力曲线的重复性不很好，说明织机工作状况不够稳定。 5 结束语 　　虚拟仪器是今后仪器仪表、测试控制研究与发展的方向，用NI公司的LabWindows／CVI作为软件开发平台，比常用的面向对象软件编程难度大大降低，使得软件开发效率高，界面友好，功能强大，且扩展性好，对采集到的数据可用于高级分析库进行信号处理，也可以为了使所得测试曲线符合实际情况，进行拟合处理。总之，虚拟仪器有强大的功能，它强调“软件就是仪器”，用软件代替硬件，易开发、易调试，可有效节约资金。

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3 柴油机电控技术的特点 柴油机电控技术与汽油机电控技术有许多相似之处，整个系 统都是由传感器、电控单元和执行器三部分组成。在电控喷射方 面柴油机与汽油机的主要差别是，汽油机的电控喷射系统只是 控制空燃比(汽油与空气的比例)，柴油机的电控喷射系统则 是通过控制喷油时间来调节输出油量的大小，且柴油机喷油控制 是由发动机的转速和加速踏板位置(油门、供油拉杆位置)来决定 的。柴油机电控技术有两个明显的特点：一是柴油喷射电控执行 器复杂，二是柴油电控喷射系统的多样化。 1柴油机是一种热效率比较高的动力机械 柴油机燃油喷射具有高压、高频、脉动等特点。其喷射压力 高达200MPa，为汽油机喷射压力的百倍以上。对燃油高压喷射系 统实施喷油量的电子控制，困难大得多。而且柴油喷射对喷射正 时的精度要求很高，相对于柴油机活塞上止点的角度位置远比汽 油机要求准确，这就导致了柴油喷射的电控执行器要复杂得多。 2由于柴油机的喷射系统形式多样 传统的柴油机具有直列泵、分配泵、泵喷油器、单缸泵等结构完全不同的系统。实施电控技 术的执行机构比较复杂，形成了柴油喷射系统的多样化；同时柴 油机需要对油量、定时、喷油压力等多参数进行综合控制，其软 件的难度也大于汽油机。 4 电控柴油喷射系统分类 最先出现的是电控喷油泵技术，而后又发展了电控泵喷嘴技 术和高压共轨喷射技术，后两种技术是现在最主要的柴油机电控 喷射技术。其中，电控泵喷嘴技术的喷油压力非常高，可以达到 200MPa，并且泵和喷嘴装在一起，所以只需要很短的高压油引 导部分，泵喷嘴系统也可以实现很小的预喷量，其喷油特性是三 角形的，并采用了分段式预喷射，这是很符合柴油机的要求 (大众公司的TDI发动机就是使用这种技术)。但电控泵喷嘴技 术的喷油压力受柴油机转速影响，使用蓄压系统的高压共轨技 术可以解决这个问题。它的喷油压力低于泵喷嘴系统，能达到 160MPa。有些公司看中了它对任意缸数的发动机喷油压力调节 很宽泛的特点，逐步扩大其使用范围(最早使用高压共轨的轿车 是阿尔法罗密欧156和奔驰C级别车)。 1第一代柴油机电控燃油喷射系统也称位置控制系统，它用 电子伺服机构代替机械调速器控制供油滑套位置以实现供油 量的调整。其特点是保留了传统的喷油泵——高压油管—— 喷油器系统，只是对齿条或滑套的运动位置由原来的机械调速器控制改为计算机控制。这类技术已发展到了可以同时控制定时和预喷射的TICS系统。 2第二代柴油机电控燃油喷射系统也称时间控制系统，其特点 是供油仍维持传统的脉动式柱塞泵油方式，如博世公司的电控泵 喷嘴系统，但供油量和喷油定时的调节则由电脑控制的强力快速响应电磁阀的开闭时刻所 决定。一般情况下，电磁阀关闭时，执行喷油，电磁阀打开时，喷 油结束；喷油始点取决于电磁阀关闭时刻，喷油量则取决于电磁阀关闭时间的长短。时间控制系 统的控制自由度更大。 3第三代也称为直接数控系统，它完全脱开了传统的油泵 分缸燃油供应方式，通过共轨和喷油压力/时间的综合控制， 实现各种复杂的供油回路和特性。 因柴油机的喷射系统形式多样。国外柴油机的电控系统也型 式多样，有直列泵和分配泵的可变预行程TICS系统，有基于时间 控制的泵喷嘴系统，有蓄压共轨系统和高压共轨系统等。各种技 术方案都在原有的基础上发展，但高压共轨系统是总的发展方向。 5 高压共轨电控喷射系统 1共轨(Common-rail)式电控燃油喷射技术的原理 在汽车柴油机中，高速运转使柴油喷射过程的时间只有 千分之几秒。实验证明，在喷射过程中高压油管各处的压力是随时间和位置的不同而变化的。由于柴油的可压缩性和高压油 管中柴油的压力波动，使实际的喷油状态与喷油泵所规定的 柱塞供油规律有较大的差异。油管内的压力波动有时还会在 主喷射之后使高压油管内的压力再次上升，达到令喷油器的 针阀开启的压力，将已经关闭的针阀又重新打开，产生二次 喷油现象。由于二次喷油不可能完全燃烧，于是增加了烟度和碳 氢化合物(HC)的排放量，油耗增加。此外，每次喷射循环后高压 油管内的残余压力都会发生变化，随之引起不稳定的喷射，尤 其在低转速区域容易产生上述现象，严重时不仅喷油不均匀，而 且会发生间歇性不喷射现象。为了解决柴油机这个燃油压力变化 的缺陷，现代柴油机采用了一种称为“共轨”的技术。 共轨技术是指由高压油泵、压力传感器和ECU组成的闭环 系统中，将喷射压力的产生和喷射过程彼此完全分开的一种供油 方式，由高压油泵把高压燃油输送到公共供油管，通过对公共供 油管内的油压实现精确控制，使高压油管压力大小与发动机的转 速无关，可以大幅度减小柴油机供油压力随发动机转速的变化， 因此也就减少了传统柴油机的缺陷。ECU控制喷油器的喷油量， 喷油量大小取决于共轨管(公共供油管)压力和电磁阀开启时间 的长短。 共轨式电控燃油喷射技术，通过共轨直接或间接地形成恒定 的高压燃油分送到每个喷油器，并借助于集成在每个喷油器上的 高速电磁开关阀的开启与闭合，定时定量地控制喷油器喷射至柴油机燃烧室的油量，从而保证柴 油机达到最佳的燃烧比和良好的雾化，以及最佳的着火时间、足 够的着火能量和最少的污染排放。 其主要由电控单元、高压油泵、共轨管、电控喷油器以及各 种传感器等组成。低压燃油泵将燃油输入高压油泵，高压油泵将 燃油加压送入高压共油轨，高压共油轨中的压力由电控单元根据 共油轨压力传感器测量的共油轨压力以及需要进行调节，高压共 油轨内的燃油经过高压油管，根据柴油机的运行状态，由电控单 元从预设的MAP图中确定合适的喷油定时、喷油持续期由电液 控制的电子喷油器将燃油喷入汽缸(见图4)。 2共轨式电控燃油喷射技术的特点 柴油机共轨式电控燃油喷射技术是一种全新的技术，集计算 机控制技术、现代传感检测技术以及先进的喷油器结构于一身。 它不仅能达到较高的喷射压力、实现喷射压力和喷油量的控制， 而且还能实现预喷射和分段喷射，从而优化喷油特性、减低柴 油机噪声和大大减少废气有害成分的排放量。其特点为： (1)采用先进的电子控制装置及配有高速电磁开关阀，使得 喷油过程的控制十分方便，并且可控参数多，利于柴油机燃烧过 程的全程优化。 (2)采用共轨方式供油，喷油系统压力波动小，各喷油器间相 互影响小，喷射压力控制精度较高，喷油量控制较准确。 (3)高速电磁开关阀频率高，控制灵活，使得喷油系统的喷射压力可调范围大，并且能方便地 实现预喷射等功能，为优化柴油机喷油规律、改善其性能和降低 废气排放提供了有效手段。 (4)系统结构移植方便，适应范围广，尤其是与目前的小型、 中型及重型柴油机均能很好匹配，因而市场前景广阔。 3高压共轨电控燃油喷射技术的发展前景 高压共轨系统被认为是20世纪内燃机技术的3大突破之一。目前，有待研究的有： (1)高压共轨系统的恒高压密封问题。 (2)高压共轨系统中共轨压力的微小波动所造成的喷油量 不均匀问题。 (3)高压共轨系统三维控制数据的优化问题。 (4)微结构、高频响应电磁开关阀在制造过程中的关键技术问 题。 综上所述，共轨式电控燃油喷射技术有助于减少柴油机的有 害尾气排放量，并具有降低噪声、降低燃油耗、提高动力输出 等方面的综合性能。高压共轨电控燃油喷射技术的应用有利于地 球环境保护，加速促进柴油机工业、汽车工业，特别是工程机械 相关工业的向前发展。 参考文献 李春明《汽车发动机燃油喷射技术》主编 北京理工大学出版社 蒋向佩《汽车柴油机构造与使用》主编 机械工业出版社 朱仙鼎《特种发动机》主编 机械工业出版社