学士论文
表4-3 实验台PLC的I/O点分配
输入端信号 功能指示 X0 后桥制动 X1 后桥制动释放 X2 直流电动机启动 X3 直流电动机停止 X4 直流电动机制动 X5 变速箱润滑 X6 变速箱润滑停止 X7 实验启动 X10 实验停止 X11 离合器接合 X12 离合器停止 X13 离合器分离 X14 后桥润滑启动 X15 后桥润滑停止 X16 手动/自动 X17 急停 输出端子号 功能指示 Y0 测量板启动 Y1 实验启动（PC） Y10 后桥制动 Y11 直流电动机启动 Y12 直流电动机制动 Y13 电动机锁定 Y14 变速箱润滑 Y15 离合器接合 Y16 分离 Y17 后桥润滑 Y20 电源指示灯 Y21 急停指示灯 Y22 防护罩指示灯 Y23 蜂鸣器 Y24 实验启动指示灯 Y25 实验停止指示灯 Y26 接合指示灯 Y27 分离指示灯 4.5.3 工业控制计算（PC）的选择
为了保证实验台可靠的运行，选用SYS-1U1000-3A01型研华工控机作为系统的上位机。由于上位机要完成数据的分析处理，同时完成与实时控制部分的高速数据交换，选用性能良好的Pentium M 1.8GHzCPU作为处理器，系统有PCI插槽可以用于采集卡的安装。操作Windows XP系统，利用其Windows XP平台丰富的软件，为系统构建检测数据保存、查询、汇总信息系统、建立企业级网络管理交互接口提供了便利的条件。 4.5.4 数据采集卡
数据采集卡选用了用研华PCI-1714ADC,该采集具有如下优点：
一、领先同业的采样速度（Sampling Rate），最高速可达每秒读取3000万次（30MS/s），内含四个独立模拟数字量转换器（ADC），可使四个通道同步取样；
二、内建可容纳32000笔取样数据（32K）先进先出（FIF0）内存，允许使用者做急速采样时，有足够的缓冲区可供暂存，以维持数据采集的速度及完整性；
三、提供多种输入范围，包含±5V、±2.5V、±1V、±0.5V等，使用者透过工具程序即可轻松完成设定；
四、研华专属的板卡装置识别码（Board ID）,当客户同时插入多张板卡时，可做硬件组态设定，轻易辨别每张板卡；
五、高达六种触发模式，方便客户依要求自行设定。包含软件触发、Pacer、Post-Trigger、Pre-Trigger、Delay- Trigger及About- Trigger;
21
学士论文
六、支持Windows 2000/XP驱动程序。 4.5.5 传感器
感器选用的是北京三晶创业科技集团有限公司生产的JN338-AN系列转速和扭矩传器。该系列传感器主要功能为：
①数据取样时间可达到1ms，并且可以根据需要在1-1000ms之间设定； ②测量算法先进，数据信号的测量误差可减小到±1Hz；
③通过数字总线接口信号将转速、转矩的测量数值直接传送至计算机等网络控制设备；
④测量参数可以通过计算机等控制设备进行远程修改，断电后参数可以完整保存；
⑤具有多种智能功能，如过载警报、故障检测、状态指示等。 4.5.6 系统软件
测试机采用NI公司的LabVIEW+LabVIEW RT作为系统用户界面和实时控制程序的开发环境实现系统开发效率和实时特性的完美结合。软件的系统结构如图4-4所示，软件分为运行于PC机的LabVIEW RT用户界面和数据处理模块和运行于数据采集控制卡的RT Engine实时操作系统下的实时数据采集和控制程序两部分。两个模块通过全局共享变量传递数据实现PC和数据采集控制卡的数据交换。
位移、转矩实时控制 22
全 学士论文
传感器实时数据采集 局 变 量 RT Engine LabVIEW RT 用户界面程序操作指令发送 命令处置模块 数据处理状态模块 曲线、数据状态显示 全 局 变 量 图4-4系统软件结构图
23
学士论文
5实验台测控系统建模及性能分析
本章主要建立汽车传动系总成冲击性能实验台测控系统的数学模型[]，并应用PID控制算法对系统性能进行分析。根据建立的数学模型的目的不同，建立包含系统各主要环节的详细模型、研究和次要因素的简化模型系统算法设计。本章仅讨论实验台控制系统建模和性能仿真分析。
5.1 实验台控制系统建模
如上一章中所述汽车传动系总成冲击性能实验台控制系统设计主要是控制直流电动机和惯性飞轮组系统，使惯性飞轮组达到实验所要求的转速和转矩。根据载荷谱对实验台进行速度给定或者转矩给定，使实验台的惯性系统能够模拟汽车发动机的转速或者转矩。设计的汽车传动系总成冲击性能实验台控制系统的结构图如图5-1所示，它主要有两个闭环系统组成：速度闭环和电流闭环系统。实验台的转速系统由速度给定输入，由可控硅整流装置对电动机进行供电，控制电动机电枢电流和电压输出，电动机带动惯性飞轮组转动，当飞轮组达到预定转速，电动机断电空转，利用惯性飞轮组的惯性对实验台进行冲击实验。
速度设定 速度调节器 电流调节器 可控硅整流装置电流反馈直流电动机惯性飞轮组n(t)速度反馈
图5-1 实验台控制系统结构图
5.1.1直流电动机与惯性飞轮组系统
图5-2所示为直流电动机和惯性飞轮组组成的惯性质量系统，其主要功能是模拟发动机的转动惯量,并将动力传递给被试的汽车传动系。直流电动机与惯性飞轮组之间的拖动利用窄V带对惯性飞轮组进行增速。
i,?nnmTL,Jm 图5-2 实验台惯性质量系统
24
学士论文
（1）电动机模型
RLTLEIdUd0Mn,Te
图5-3 电动机等效电路
直流电动机等效电路图如图5-3所示，可得电枢回路的电压平衡方程式为：
Ud0(t)?E?RId(t)?L?dId(t) (5-1) dt将T0看成负载的一部分，则有：
Te(t)?CmId(t) (5-2)
E?Cen (5-3)
GD2dn (5-4) Te(t)?TL(t)??375dt式中：Ud0(t)——输入理想空载整流电压；
Id(t)——Ud0(t)在电枢回路中产生电枢电流； R——电枢回路电阻；
L——电枢回路电感； GD2——飞轮矩；
E——电动机反电动势；
Te——励磁转矩
Ce——电机额定励磁下电动势转速比； Cm——电机额定励磁下转矩电流比； TL——动态转矩。
将以上三式代入式(5-4)整理得：
dT(t)d2ndnTlTm2?Tm?n?K1Ud0(t)?K2L?K3TL(t) (5-5)
dtdtdt25