一种电液伺服系统在线虚拟测试分析系统 【技术领域】
本发明涉及液压设备性能测试设备，尤其涉及一种液压设备在线虚拟测试分析系统。
背景技术
随着工业自动化的发展，液压设备以它独特的优点正在得到越来越广泛的应用。液压设备故障具有隐蔽性、多样性、不确定性和因果关系复杂性等特点，故障出现后不易查找原因。液压系统一旦发生故障，不仅导致设备受损，产品质量下降，生产线停工，而且可能危及人身安全、造成环境污染，带来巨大的经济损失。因此如何保证液压系统的正常运行，怎样及时发现故障，甚至提前发现故障的征兆，都是亟待解决的问题。
目前，液压系统的故障诊断主要是工程技术人员通过视、听、触、嗅、问等方式并辅以简单的会诊仪器凭自己的实践经验进行简易诊断的，或在简易诊断的基础上对有疑问的异常现象，使用某种精密检测仪器(如铁谱分析仪、油质检测仪等)对其进行精密诊断分析，从而找出液压系统发生故障的原因与部位，电液伺服系统是动态调整过程的控制技术，由于缺乏有效的检测和诊断手段，一般采用示波表、信号发生器、XY记录仪、频谱分析仪等通用的仪器仪表，信号处理只能做到事后分析，电液伺服系统运行状态尤其动态性能较难把握，故障机理分析和维护策略制定缺乏科学的依据。
【发明内容】
本发明旨在解决现有技术的上述缺陷，提供一种电液伺服系统在线虚拟测试分析系统。本发明具有建模分析、测试方法提示、数据采集与实时信号分析等功能，提高检测效率。
本发明是这样实现的：一种电液伺服系统在线虚拟测试分析系统，它是利用计算机平台建立的，它包括：
采集模块，它利用PXIe采集平台、SCXI信号调理平台和CDAQ便携式数据采集平台采集数据；
管理模块，它包括一个数据管理子系统；
报告模块，它将针对对象所作的试验结果以word报表方式显示出来；
分析模块，它包括一个将数据测试部分采得的波形结果进行特征值采集，将需要的结果提取出来的分析子系统。
所述的一种电液伺服系统在线虚拟测试分析系统，所述采集模块包括配置子系统模块、实时采集在线处理存储系统和数据库接口。
所述的一种电液伺服系统在线虚拟测试分析系统，所述配置子系统模块包括配置界面和配置数采接口。
所述的一种电液伺服系统在线虚拟测试分析系统，所述实时采集在线处理存储系统包括：
平台间组合的采集方式选择；
数据存储单元，和，
数据加载模块。
所述的一种电液伺服系统在线虚拟测试分析系统，所述平台间组合的采集方式包括：PXI或cDAQ采集、SCXI采集、PXI/cDAQ+SCXI组合采集、PXI+cDAQ组合采集和PXI+cDAQ+SCXI组合采集。
所述的一种电液伺服系统在线虚拟测试分析系统，所述的分析模块包括：用户操作接口、分析算法和内部接口。
所述的一种电液伺服系统在线虚拟测试分析系统，所述用户操作接口包括分析工具操作接口和数据选择接口。
所述的一种电液伺服系统在线虚拟测试分析系统，所述分析工具操作接口包括滤波分析、FFT分析和小波分析。
所述的一种电液伺服系统在线虚拟测试分析系统，所述分析算法包括：静态分析、瞬态分析和频域分析。
所述的一种电液伺服系统在线虚拟测试分析系统，所述内部接口包括记录接口、数据文件接口和数据库接口。
所述的一种电液伺服系统在线虚拟测试分析系统，所述管理模块包括树形操作管理、界面操作管理、数据库操作管理、配置系统、工具管理、帮助系统和对象方法记录管理。
本发明是为了检测电液伺服系统性能而设计的，它主要针对电液伺服系统的设备状态检测及故障诊断技术进行开发研制。该发明的主要功能包括被测对象处理、数据采集及信号发生、数据处理部分和报表生成等组成。数据测试部分基于PXI、SCXI及CDAQ架构进行设计，包括信号采集、信号切换、信号产生等。被测对象处理部分包括根据测试对象进行可选方法的测试，并且可以根据测试对象通道数量不同配置相应的PXI，CDAQ通道。数据处理部分将数据测试部分采得的波形结果进行特征值采集，将需要得结果提取出来。报表生成部分将针对这个对象所作得试验结果以word报表方式显示出来。操作系统采用Windows XP通用平台，模块驱动程序以及专用测试软件构成整套电液伺服系统性能测试装备。
本发明的电液伺服系统性能测试仪可实现实时采集、分析和记录功能，可大大提高分析效率，且专用装备属便携式仪器，增加了机动性和装备使用效率。具体说来，本发明把控电液伺服系统状态，建立有效的检测和诊断手段，实现电液伺服系统运行状态把握，提供故障机理分析和维护策略制定的依据；而且，使电液伺服系统性能优化：电液伺服系统工作要求“稳、准、快”，而这三方面要求是互相制约的，如提高响应速度，可能会影响系统的稳定性和执行精度。利用电液伺服系统性能测试仪，为新建设备调试或在役运行液压设备性能优化提供系统参数调整依据，提升设备性能，保证产品质量。
本发明面向被测对象的设计，可根据测试对象保存测试数据和分析数据于不同路径下，方便随时调用，数据维护更方便、快捷；本发明测试方法简单易用，可调用历史测试方案，被测对象性能的特征量直接由数据处理模块给出，避免复杂及专业要求较高的计算处理过程；本发明多平台测试功能，满足各类液压系统系统性能稳态和动态测试需要。
【附图说明】
下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明：
图1为人机界面图；
图2为分析示意图；
图3为系统整体结构图；
图4为信号采集模块结构功能图；
图5为数据处理及分析结构功能图；
图6为数据管理模块结构功能图；
图7为测试对象电路图；
图8为测试对象动态分析结果图；
图9为EPC检测时域波形图；
图10为EPC检测频谱图。
【具体实施方式】
如图1至图6所示，一种电液伺服系统在线虚拟测试分析系统，它是利用计算机平台建立的，它包括：
采集模块，它利用PXIe采集平台、SCXI信号调理平台和CDAQ便携式数据采集平台采集数据；各平台的特点为：
PXIe数据采集平台：采用最新的PXIe技术，PXIe技术在原先PXI技术的基础上进一步提高了总线的传输速率，达到了每插槽高达1GB/s的专用带宽和超过3GB/s的系统带宽使系统高效运行。
SCXI信号调理平台：SCXI是一种高性能，多通道的信号调理和矩阵开关平台，与M系列、S系列和模块化仪器设备兼容。一套SCXI系统由一个或多个坚固的机箱组成，内装多个信号调理模块，可以对传感器信号或者高电压信号做信号处理。在此系统中主要起到将输入输出信号进行隔离衰减以提供稳定适合的电压供给数据采集卡进行采集地功能。同时具备USB数据采集模块，在同步性能要求不高的情况下，还可以直接作为数据采集系统使用。
CDAQ便携式数据采集平台：NI CompactDAQ将数据记录仪的易用和低价特点与模块化一起的高性能和灵活性融为一体，是具备传感器支持的可配置便携式测试仪器，能够方便地在现场环境下随时随地进行测量任务。
管理模块，它包括一个数据管理子系统；
报告模块，它将针对对象所作的试验结果以word报表方式显示出来；
分析模块，它包括一个将数据测试部分采得的波形结果进行特征值采集，将需要的结果提取出来的分析子系统。
所述的一种电液伺服系统在线虚拟测试分析系统，所述采集模块包括配置子系统模块、实时采集在线处理存储系统和数据库接口。
所述的一种电液伺服系统在线虚拟测试分析系统，所述配置子系统模块包括配置界面和配置数采接口。
所述的一种电液伺服系统在线虚拟测试分析系统，所述实时采集在线处理存储系统包括：
平台间组合的采集方式选择；
数据存储单元，和，
数据加载模块。
所述的一种电液伺服系统在线虚拟测试分析系统，所述平台间组合的采集方式包括：PXI或cDAQ采集、SCXI采集、PXI/cDAQ+SCXI组合采集、PXI+cDAQ组合采集和PXI+cDAQ+SCXI组合采集。
所述的一种电液伺服系统在线虚拟测试分析系统，所述的分析模块包括：用户操作接口、分析算法和内部接口。
所述的一种电液伺服系统在线虚拟测试分析系统，所述用户操作接口包括分析工具操作接口和数据选择接口。
所述的一种电液伺服系统在线虚拟测试分析系统，所述分析工具操作接口包括滤波分析、FFT分析和小波分析。
所述的一种电液伺服系统在线虚拟测试分析系统，所述分析算法包括：静态分析、瞬态分析和频域分析。
所述的一种电液伺服系统在线虚拟测试分析系统，所述内部接口包括记录接口、数据文件接口和数据库接口。
所述的一种电液伺服系统在线虚拟测试分析系统，所述管理模块包括树形操作管理、界面操作管理、数据库操作管理、配置系统、工具管理、帮助系统和对象方法记录管理。
在本信号采集处理系统中，采用虚拟仪器技术开发。所谓虚拟仪器是指以计算机技术为核心的用户自定义的测量测控仪器。虚拟那就是指通过计算机的软硬件技术去模拟和扩展传统仪器的功能，实现软件就是仪器，由用户自己根据测试要求灵活的定制自己的功能，而不受仪器厂商定义的限制，这样用户就得到了针对自己的系统得到了专用的简单高效的仪器。完成信号的采集、存储、运算、分析、输出及对外设的控制。
软件功能
信号输入和输出控制
采集系统采集被测系统中输入和输出的原始信号。由于此系统中包含有3种不同的测试平台，完成各通道信号的独立配置。采集系统实现以下功能：
可选通道采集
可选采样率
可选采集信号类型
可选采集信号幅值范围
测试流程方法及数据处理
在此测试系统中，用静态测试、瞬态响应测试、频域响应测试这几个方面综合对电液伺服系统的性能进行评价。这样，遵循各个不同测试内容的流程，由此系统软件控制测试流程至完成，将采集到的数据直接提取出所需要的数据特征值，用于生成报告。其对应的内容包括：
静态测试提取系统稳定状态中的输入值和输出值
瞬态响应测试提取在一激励之后系统过渡的动态过程，主要指标有上升时间tr、峰值时间tp、最大超调量Mp、调整时间ts、延迟时间td、振荡次数。
频域特征测试提取系统对输入不同频率下系统的特性相应。将数据结果以bode图和nyquist曲线图显示表示出，其特征值有截止频率ωcut、频宽BW、谐振频率ωr、谐振峰值Mr、相位裕量γ和幅值裕量Kg。
小波分析、快速傅立叶FFT分析、数字滤波等分析工具。
系统配置
用于对整个系统进行配置的问题，其内容主要包括：
针对对象的不同采取不同的测试方法和流程的配置，生成以产品类型为区别的配置文件，并能够对其进行调用。配置文件中包含测试通道，测试量，输出信号等信息。
系统硬件自检测，检验系统硬件是否正常工作。
数据处理
针对本电液伺服测试系统来说，其数据处理功能包括：
测试过程中原始数据存储。
分析过程中特征值数据处理
测试分析完毕后Word报表生成处理。
上述处理完成后统一存入一个文件中，以便留档。
历史数据轻松回放。
本发明支持多种数据文件的存储，有二进制bin文件、tdm文件、tdms流文件、文本文件、电子表格文件等多种数据文件类型。在此系统中，由于对数据存储的速度和文件大小也有较高的要求，所以拟定用tdm文件方式。测试数据格式交换文件(TDM)是一种混合文件格式，它将二进制数据和XML格式的ASCII数据结合在一起。TDM文件中，原始数值数据以二进制格式存储。这样就利用了二进制格式的长处，比如存储高效、访问快速。原始数据的结构和相关信息则用XML格式存储，方便访问和查找文件中的信息。特征值的处理需要通过在LabVIEW中编程自定义算法实现。以模块化的方式进行调用。
可供第三方软件例如Matlab的进一步处理和分析。
数据库操作
在测试方法中，能够调用以前的配置。其数据库主要有：
被测对象数据库，其项包括对象特征值，类型，采用何种测试方式等。
测试方式数据库，其项包括输入输出路数，测试步骤流程等等。
测试数据数据库，其项包括测试的原始数据，提取的特征值，表现的图表等等。
实施例
(1)控制电路检测
以一个二阶低通滤波器电路为例来检测各项指标，电路图如图7。
由R1、R2、C1、C2组成一个二阶无源滤波电路，再由此一电压跟随电路维持其输出稳定性，以虚拟仪器进行输入和输出的模拟。
XPG1表示一信号发生器，通过一个二阶滤波器后接入一个跟随电路，跟随电路的输出接入虚拟示波器和Bode分析仪。分析结果如图8。
(2)EPC纠偏设备电液伺服系统状态检测
某冷轧带钢厂脱脂机组的卷取机采用了德国EMG公司的EPC控制设备，一段时期内卷取机连续出现带钢边部不能对齐故障，根据实际设备需要，采用电液伺服系统性能测试仪对该EPC电液伺服控制系统进行了检测。测试结果如图9、10，显示系统受外部高频干扰。
本发明的电液伺服系统性能测试仪可实现实时采集、分析和记录功能，可大大提高分析效率，且专用装备属便携式仪器，增加了机动性和装备使用效率。由于本发明属于液压设备通用的性能测试装备，适用于各行业的液压设备状态检测及故障诊断领域，具有较大的推广应用价值。