比例换向阀组实时仿真测试装置

摘要

本发明涉及一种比例换向阀组实时仿真测试装置，包括仿真测试管理平台、实时仿真测试平台和阀组试验平台；本装置应用AMESim软件的实时仿真功能，并结合PXI实时仿真系统，可实现比例换向阀组的仿真测试在线对比功能，大大提高了其性能评估的精确度。本装置集比例换向阀组的试验、测试、仿真测试对比及故障判断功能为一体，各功能模块既可独立实施，又能整体运行，功能性较强，尤其是通过系统管理模块实现的仿真测试对比功能，能对阀组的性能进行精确评估，并结合阀故障判断功能模块，可对阀组的故障进行准确定位，有效地提高了液压系统的可靠性。因此，本发明在需要对比例换向阀组性能进行精确评估与验证的场合具有广泛的应用前景。

权利要求

1.一种比例换向阀组实时仿真测试装置，其特征在于：包括仿真测试管理平台、实时仿真测试平台和阀组试验平台；

仿真测试管理平台负责提供人机交互界面、系统管理、仿真过程监控，通过显示设备实时监测泵站运行状态，并通过泵站管理软件LABVIEW进行控制；

仿真测试管理平台包括主控界面单元、泵站监控单元、系统管理单元、仿真控制单元、故障判断单元；

所述的主控界面单元即为人机交互界面，用于实时监测泵站运行状态和对仿真、测试相关的模型、文件和数据进行统一的管理；

所述的泵站监控单元用于完成：对系统油泵的启停、复位、卸荷、报警，对系统压力、流量的调节及压力、流量、油温的实时监测；

所述的系统管理单元用于对比例换向阀组试验过程管理、仿真过程控制以及测试序列部署；

所述的仿真控制单元用于对整个仿真过程进行控制、配置和部署；

所述的故障判断单元用于根据仿真、测试结果，并结合故障专家库对比例换向阀组进行故障判断；

仿真测试管理平台通过以太网及串口通信对实时仿真测试平台进行统一管理，通过泵站管理软件LABVIEW完成比例换向阀组实时仿真信号的采集及配置信息下载、执行比例换向阀组的自动化测试、仿真和测试结果的实时对比及比例换向阀组故障判断；

实时仿真测试平台是基于NI PXI的实时仿真测试系统，实时仿真测试平台包括比例换向阀组仿真模型单元、比例换向阀组测试单元；

所述的比例换向阀组仿真模型单元包括AMESim仿真软件包、物理模型单元和控制模型单元，AMESim仿真软件包为比例换向阀组的实时仿真提供仿真环境；物理模型单元为比例换向阀组的数学仿真模型，用于比例换向阀组的实时仿真；控制模型单元为比例换向阀组数学仿真模型的输入单元，提供比例换向阀组控制电流，用于比例换向阀组的开度控制；

所述的比例换向阀组测试单元用于比例换向阀组的性能测试，包含压力特性、流量特性及压力-流量特性；比例换向阀组测试单元包括一个3U NI PXI机箱，3U NI PXI机箱内设有主处理器板、I/O采集板，主处理器板负责仿真、测试任务的调度、比例换向阀组实时仿真模型解算和实时I/O采集板的信号处理；I/O采集板完成比例换向阀组控制电流信号的输出，压力传感信号、流量传感信号的产生和采集，实现比例换向阀组实时仿真信号与其测试信号的交互对比；

阀组试验平台主要通过试验泵站对比例换向阀组进行试验，同时为比例换向阀组实时仿真测试平台提供其试验传感信号；阀组试验平台包括试验泵站单元、泵站综合监控单元及试验台架单元；

所述的试验泵站单元用于为比例换向阀组试验提供液压动力；

所述的泵站综合监控单元用于对泵站的运行情况进行监测；

所述的试验台架单元用于对比例换向阀组进行试验，并通过压力、流量传感器将比例换向阀组的相关试验参数输入到实时仿真测试平台中；

比例换向阀组实时仿真测试平台通过数据采集系统将给定的比例换向阀组控制电流，输入到阀组试验平台中，供比例换向阀组试验用。

说明书

比例换向阀组实时仿真测试装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种测试装置，尤其涉及一种比例换向阀组实时仿真测试装置，属于液压元件及系统领域。

背景技术

[0002] 比例换向阀组实时仿真测试装置是一种液压阀类元件性能评估与验证的专用设备。

[0003] 国内外有多种类型的液压阀类元件仿真测试装置，如试验台、测试台、仿真平台等。试验台只能对阀类元件进行功能性试验，但相关的技术参数无法得到。测试台能在实验条件下获得阀类元件的性能曲线，但测试的准确性没有保证。仿真平台只能在离线情况下通过仿真模型获得元件的相关技术数据，但建模的正确性无法比对。

[0004] 目前已有的阀类元件仿真测试装置都只是单一的仿真或测试设备，没有将仿真和测试两者结合起来进行实时比对，导致元件的性能评估与验证不够精确，无法满足产品对液压元件性能的高可靠性要求。

发明内容

[0005] 针对以上问题本发明提供了一种采用试验、测试及实时仿真技术实现阀组性能的精确评估与验证功能，满足产品液压系统的高可靠性要求，进而提升产品质量的比例换向阀组实时仿真测试装置。从工程实用性角度出发，该装置集成度高，操作简单，将对产品中类似阀组性能的精确评估与验证具有普遍适用性。

[0006] 为了解决以上问题本发明提供了一种比例换向阀组实时仿真测试装置，其特征在于：包括仿真测试管理平台、实时仿真测试平台和阀组试验平台；

[0007] 仿真测试管理平台负责提供人机交互界面、系统管理、仿真过程监控，通过显示设备实时监测泵站运行状态，并通过泵站管理软件LABVIEW进行控制；

[0008] 仿真测试管理平台包括主控界面单元、泵站监控单元、系统管理单元、仿真控制单元、故障判断单元；

[0009] 所述的主控界面单元即为人机交互界面，用于实时监测泵站运行状态和对仿真、测试相关的模型、文件和数据进行统一的管理；

[0010] 所述的泵站监控单元用于完成对系统油泵的启停、复位、卸荷、报警；系统压力、流量的调节“变频器”及压力、流量油温的实时监测；

[0011] 所述的系统管理单元用于对阀组试验过程管理、仿真过程控制以及测试序列部署；

[0012] 所述的仿真控制单元用于对整个仿真过程进行控制、配置和部署；

[0013] 所述的故障判断单元用于根据仿真、测试结果，并结合故障专家库对试验阀组进行故障判断；

[0014] 仿真测试管理平台通过以太网及串口通信对实时仿真测试平台进行统一管理，通过主控软件LABVIEW完成比例换向阀组实时仿真信号的采集及配置信息下载、执行比例换向阀组的自动化测试、仿真和测试结果的实时对比及阀组故障判断；

[0015] 实时仿真测试平台是基于NI PXI的实时仿真测试系统，实时仿真测试平台包括比例换向阀组仿真模型单元、比例换向阀组测试单元；

[0016] 所述的比例换向阀组仿真模型单元包括AMESim仿真软件包、物理模型单元和控制模型单元，AMESim仿真软件包为阀组的实时仿真提供仿真环境；物理模型单元为阀组的数学仿真模型，用于阀组的实时仿真；控制模型为阀组数学仿真模型的输入单元，即阀组控制电流(阀控电流)，用于阀组的开度控制；

[0017] 所述的比例换向阀组测试单元用于阀组的性能测试，包含压力特性、流量特性及压力-流量特性；比例换向阀组测试单元包括一个3U NI PXI机箱，3U NI PXI机箱内设有主处理器板、I/O采集板，主处理器板负责仿真、测试任务的调度、阀组实时仿真模型解算和实时I/O采集板的信号处理；I/O采集板完成阀控电流信号的输出、压力、流量传感信号的产生和采集，实现阀组实时仿真信号与其测试信号的交互对比；

[0018] 阀组试验平台主要通过试验泵站对比例换向阀组进行试验，同时为阀组实时仿真测试平台提供其试验传感信号；阀组试验平台包括试验泵站单元、泵站综合监控单元及试验台架单元；

[0019] 所述的试验泵站单元用于为比例换向阀组试验提供液压动力；

[0020] 所述的泵站综合监控单元用于对泵站的运行情况进行监测；

[0021] 所述的试验台架单元用于对比例换向阀组进行试验，并通过压力、流量传感器将阀组的相关试验参数输入到阀组仿真测试平台中；

[0022] 阀组实时仿真测试平台通过数据采集系统将给定的阀控电流输入到阀组试验平台中，供比例换向阀组试验用。

[0023] 本发明装置关键技术主要有以下二个方面：

[0024] a)实时仿真测试对比技术

[0025] 传统的液压阀类元件的仿真测试工作是在离线或二者无比对的情况下进行，其结果的可信度不高。本装置应用AMESim软件的实时仿真功能，并结合PXI实时仿真系统，可实现比例换向阀组的仿真测试在线对比功能，大大提高了其性能评估的精确度。

[0026] b)基于NI LABVIEW的仿真测试一体化软件设计技术

[0027] 以往的实时仿真装置，硬件上大多数使用DSPACE、RT-LAB等实时仿真工具，软件上则采用MATLAB/Simulink作为接口软件进行模型的数据传递，由于数据传输时间长，容易失真，并且系统使用的软件种类多，接口复杂。本装置采用同是NI公司的LABVIEW作为仿真测试后处理软件，与NI公司的PXI实时仿真系统及实时仿真软件AMESim具备接口，可直接将仿真模型输入到实时仿真系统中，数据通讯快且准确，因此，本装置只需配置NI LABVIEW一种软件，从整体上进行一体化软件设计，便可完成系统内部架构部署和软件界面定制等所有功能。

[0028] 本发明装置集比例换向阀组的试验、测试、仿真测试对比及故障判断功能为一体，各功能模块既可独立实施，又能整体运行，功能性较强，尤其是通过系统管理模块实现的仿真测试对比功能，能对阀组的性能进行精确评估，并结合阀故障判断功能模块，可对阀组的故障进行准确定位，有效地提高了液压系统的可靠性。因此，本发明在需要对比例换向阀组性能进行精确评估与验证的场合具有广泛的应用前景。

附图说明

[0029] 图1比例换向阀组实时仿真测试装置总体架构。

[0030] 图2比例换向阀组仿真测试装置内部逻辑架构。

具体实施方式

[0031] 下面结合附图对本发明作进一步的描述。

[0032] 如图1、2所示，本发明提供了一种比例换向阀组实时仿真测试装置，包括仿真测试管理平台(上位机)、实时仿真测试平台(下位机)和阀组试验平台；

[0033] 仿真测试管理平台负责提供人机交互界面、系统管理、仿真过程监控，通过显示设备实时监测泵站运行状态，并通过泵站管理软件LABVIEW进行控制；

[0034] 仿真测试管理平台包括主控界面单元、泵站监控单元、系统管理单元、仿真控制单元、故障判断单元；

[0035] 所述的主控界面单元即为人机交互界面，用于实时监测泵站运行状态和对仿真、测试相关的模型、文件和数据进行统一的管理。

[0036] 所述的泵站监控单元用于完成对系统油泵的启停、复位、卸荷、报警；系统压力、流量的调节(变频器)及压力、流量油温的实时监测等；

[0037] 所述的系统管理单元用于对阀组试验过程管理、仿真过程控制以及测试序列部署；

[0038] 所述的仿真控制单元用于对整个仿真过程进行控制、配置和部署；

[0039] 所述的故障判断单元用于根据仿真、测试结果，并结合故障专家库对试验阀组进行故障判断；

[0040] 仿真测试管理平台通过以太网及串口通信对实时仿真测试平台进行统一管理，主要通过主控软件LABVIEW完成比例换向阀组实时仿真信号的采集及配置信息下载、执行比例换向阀组的自动化测试、仿真和测试结果的实时对比及阀组故障判断。

[0041] 实时仿真测试平台是基于NI PXI的实时仿真测试系统，实时仿真测试平台包括比例换向阀组仿真模型单元、比例换向阀组测试单元；

[0042] 所述的比例换向阀组仿真模型单元包括AMESim仿真软件包、物理模型单元和控制模型单元，AMESim仿真软件包为阀组的实时仿真提供仿真环境；物理模型单元为阀组的数学仿真模型，用于阀组的实时仿真；控制模型为阀组数学仿真模型的输入单元，即阀组控制电流(阀控电流)，用于阀组的开度控制。

[0043] 所述的比例换向阀组测试单元用于阀组的性能测试，包含压力特性、流量特性及压力-流量特性等；比例换向阀组测试单元包括一个3U NI PXI机箱，3U NI PXI机箱内设有主处理器板、I/O采集板，主处理器板负责仿真、测试任务的调度、阀组实时仿真模型解算和实时I/O采集板的信号处理；I/O采集板完成阀控电流信号的输出、压力、流量等传感信号的产生和采集，实现阀组实时仿真信号与其测试信号的交互对比；

[0044] 阀组试验平台主要通过试验泵站对比例换向阀组进行试验，同时为阀组实时仿真测试平台提供其试验传感信号；阀组试验平台包括试验泵站单元、泵站综合监控单元及试验台架单元。

[0045] 所述的试验泵站单元用于为比例换向阀组试验提供液压动力；

[0046] 所述的泵站综合监控单元用于对泵站的运行情况进行监测；

[0047] 所述的试验台架单元用于对比例换向阀组进行试验，并通过压力、流量传感器将阀组的相关试验参数输入到阀组仿真测试平台中。

[0048] 阀组实时仿真测试平台通过数据采集系统将给定的阀控电流输入到阀组试验平台中，供比例换向阀组试验用。

[0049] 2.比例换向阀组实时仿真测试装置功能实现

[0050] 该装置硬件部分主要实现比例换向阀组试验、测试信号采集及控制、支撑实时仿真模型运行等功能。

[0051] 软件部分主要实现该设备的仿真过程监控、系统数据管理，能进行实时仿真模型参数的在线监控、实时调参、测试和实时仿真模型运行结果的对比分析处理、数据存储、测试报告生成、故障判断等功能。

[0052] 软件上主要采用NI公司的LabVIEW，该软件具备图形化的人机交互良好的用户操作界面，能高效、方便地实现采集、分析和显示数据。利用该软件，用户不但可以快速建立数据采集系统、测量系统和控制系统，还可以快速创建用于软件系统交互控制的用户接口。

[0053] 比例换向阀组测试、实时仿真及控制为该设备的核心，提供了基于PXI实时仿真系统的阀组仿真和控制的实时模型，实时运行其仿真模型，同时，运行阀组试验平台，通过其集成的数据采集系统对其进行测试，应用LabVIEW软件将二者结果在上位机中进行对比分析，控制模型完成阀组输入电流的控制。

[0054] 实时仿真测试平台使用性能可靠，操作便捷的实时仿真系统，可以实时运行比例换向阀组的仿真模型，仿真测试应用帧周期能够达到毫秒级别，确保仿真参数和实物运行参数之间实时准确传递，实时仿真和实物测试之间通讯的同步性。

[0055] 该装置总体上主要通过布置上位机和下位机实现上述软硬功能要求，下位机部分部署在PXI仿真系统中运行，上位机部分部署在工控机中运行。软件上通过编制上、下机运行程序完成内部功能部署，上、下位机逻辑模块及与试验台架的关系如图2所示。

[0056] 上位机采用高性能的工控机，主要实现模型建立、仿真过程管理和数据处理等功能，界面为测试与仿真的监控操作，其内部执行的部分包括显示逻辑处理，操作逻辑处理，报表生成逻辑处理等；下位机采用NI PXI实时仿真系统，完成实物测试信号的采集、实时仿真计算及串口通讯等功能。

[0057] 上、下位机之间通过TCP相连。下位机的模型数据、采集数据、串口通讯数据及上位机的控制信号均通过TCP传输。

[0058] 智能显控仪表信号通过串口485转232进行传输，主要将压力、流量和温度等传感量信号接入数显仪表中进行显示。

[0059] P(压力)、Q(流量)传感器信号、阀控输出信号、压力及流量调节(变频器)等信号为数字量信号。

[0060] 泵站报警、复位、开关、卸荷等信号为模拟量信号，主要对泵站的运行情况进行控制。

[0061] 阀控输入信号为数字量信号，通过串口232转化为CAN信号，传输到阀控模块中控制阀组的开度。