基于LabVIEW的发动机性能测试系统应用软件的设计毕业论文

 2021-04-20 10:04

摘 要

在发动机生产和研究过程中,发动机性能检测试验是极其重要的一个环节。随着科学技术的飞速发展,传统测试仪器的多种缺点逐渐显现出来。计算机与电子技术的发展使虚拟仪器技术得到了提高,同时测试仪器更趋向于柔性化,用户可以根据自己试验的需要搭建测试系统,更容易实现测试系统的扩展、修改和升级,整个测试系统也更加灵活方便,成本更低。

根据发动机测试系统所采用的硬件,系统主要采用DAQ数据采集和串口通信两种方式。首先确定传感器、数据采集卡的类型与信号调理方法;再确定电涡流测功机的控制策略;然后根据LabVIEW的图形编程特点,将测试系统功能分为数据的采集、数据的分析处理、数据的保存、数据的读取和报警等模块,确定系统软件总体框架。在编写程序的过程中,利用LabVIEW层次化、模块化的特点,先进行各模块分别编写与调试,再将各个功能模块联系组合起来,最后在前面板添加和整理相关的控制器和指示器,完成整个软件系统的设计。

系统的软件设计主要实现的功能包括:对发动机相关性能参数的采集、显示、保存、读取、绘制特性曲线以及监测报警;同时具有良好的操作界面,使用方便。

关键词:发动机性能;虚拟仪器;LabVIEW;测试系统

Abstract

Engine performance testing is an important aspect in Engine-producing and engine research. With the great development of science and technology, the multiple shortcomings of traditional testing instruments have come out. The development of computers and electronic technology promoted the progress of virtual instruments. Now, test instruments tend to be more flexible. Customers can build their own testing system according to their practical requirement. The testing system can be extended, amended and upgraded without changing the hardware or only changing a little. the test system more flexible and lower cost.

According to the hardware which the engine test system used, the system mainly uses the DAQ data acquisition and serial communication. Depend on the sensor, data acquisition cards, signal conditioning methods to understand and determine the eddy current dynamometer control strategy. LabVIEW graphical programming based on the characteristics of the test system functionality is divided into data collection, data analysis and processing, data storage, data access and alarm modules, to determine the overall framework of the system software. In the process of writing programs using LabVIEW hierarchical, modular features, the first to write and debug each module separately and then linked with various functional modules together, and finally the front panel to add and organize related controls and indicators to complete the entire software system.

The role of system software is to achieve the required functions of system, such as acquisition, monitoring with alarm, displaying, recording, reading of some engine performance parameters, as well as the drawing of characteristic curve of basic engine performance. It should also have a good user interface and easy operation.

KEY WORDS:Engine Performance, Virtual Instruments, LabVIEW, Testing System

目录

摘要 I

Abstract II

1 绪论 1

1.1研究的目的和意义 1

1.2国内外研究状况 1

1.3研究内容和主要技术方法 2

2 系统的总体设计方案 4

2.1 系统的设计原则 4

2.1.1 硬件设计的基本原则 4

2.1.2 软件设计的基本原则 4

2.2系统的设计思想 5

2.3系统的组成 5

2.4相关概念和工作原理 6

2.4.1相关概念 6

2.4.2功率的测量原理 6

2.4.3转矩的测量原理 7

2.4.4转速的测量原理 8

2.4.5耗油量及燃油消耗率的测量原理 8

2.4.6系统温度的测量原理 9

2.4.7速度特性和负荷特性的基本概念及试验原理 9

2.5测试系统所要满足的要求 12

2. 6本章小结 12

3 系统硬件的配置 13

3.1试验系统对计算机的要求 13

3.2选用的数据采集卡简介 13

3.3电涡流测功机 14

3.3.1测功机的种类 14

3.3.2电涡流测功机的工作原理与结构 15

3.4系统中的传感器 16

3.4.1转速传感器 16

3.4.2温度传感器 16

3.4.3扭矩传感器 17

3.5系统中的信号调理电路 17

3.6油耗仪的简介 17

3.7本章小结 18

4 系统软件设计分析 19

4.1软件介绍 19

4.1.1虚拟仪器介绍 19

4.1.2LabVIEW简介 20

4.2 软件设计思路与总体结构 20

4.2.1 软件的设计思路 20

4.2.2 软件设计的技术方法 21

4.2.3 软件系统主界面 22

4.3 数据采集过程控制 24

4.3.1 数据卡数据采集 24

4.3.2 数据采集卡的驱动软件 24

4.3.3 串口RS-232 通信 25

4.4 数据处理 27

4.4.1 数据信号的分析处理 27

4.4.2 检测参数的计算显示 27

4.4.3 数据的特性曲线绘制 28

4.4.4发动机转速的设定 29

4.5报警模块 30

4.6数据存储模块 31

4.7数据读取模块 32

4.8本章小结 32

5 系统运行与调试 34

5.1关于测量转速的调试 34

5.2关于测量扭矩的调试 36

5.3扭矩控制模块的调试 37

5.4油门控制模块的调试 38

5.5软件在试验中的控制流程 40

5.5.1速度特性试验的控制 40

5.5.2负荷特性试验的控制 43

5.6本章小结 46

6 结论与展望 47

致谢 48

参考文献 49

1 绪论

1.1研究的目的和意义

发动机是汽车的主要部分,是车辆行使的动力来源。由于它的零件多、结构复杂、工作环境恶劣,故障率高,因此通常成为检测与诊断的重要对象。同时随着电喷发动机的广泛应用,发动机的性能检测变得日益重要。但是,目前国内外的测试产品都存在一些问题,所以有待提出一些全新的有效的解决方法。

在柴油发动机性能检测系统的设计与开发中引入虚拟仪器技术,能够比较方便地组成一套综合测试系统,不但降低了成本,而且提高了效率,是一种可行的方案。利用LabVIEW软件所提供的图形编程平台及其所提供的各种函数库的支持,能够实现数据的实时采集、分析处理,得到对试验者有实际指导意义的测试结果,最终以图形或数字等的形式输出。根据这些数据还可进行初步的发动机的故障诊断。

采用虚拟技术设计柴油发动机综合性能检测系统,可以使该测试系统性能更加稳定,最终的测试结果精度也更高,同时开发周期短,操作灵活方便,充分体现了虚拟仪器技术的优势。该测试系统不仅具有应用程序操作界面的特点,而且具有传统仪器的外观、实用性和操作方便性,其主要优点如下:(1)更加容易实现性能检测功能;(2)人机交流界面清晰美观,而且容易搭建;(3)整个系统灵活性大,可以根据实际需要修改和增加功能;(4)开发成本较低,过程短。

1.2国内外研究状况

用计算机作为主体的发动机综合性能测试系统,国内外都进行了比较深入的研究和开发,但国内的测试系统在操作性、数据精度、界面方便性等方面同国外先进技术相比仍有较大的差距。由于发达国家相关研究起步较早,目前虚拟仪器测量方法已基本普及,许多工科大学已经将LabVIEW软件作为实验室教学内容,作为工程师培养的一个重要课程。例如美国国家仪器(NI )开发的一系列虚拟测量产品、密执安大学在1996年开发的柴油机实验室自动化数据采集与控制系统、San Diego State University(美国圣地亚哥大学)开发出的用于研究混合动力汽车燃油消耗和排放的模拟和优化系统等。在发达国家,由于基于计算机的测控技术已经成为一种比较通用的手段,其应用发展水平己经很高,技术也比较成熟。从国外目前发表的论文来看,与虚拟仪器应用性相关的文章已经很少[1]

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