利用labview為風(fēng)機(jī)系統(tǒng)控制軟件測(cè)試開(kāi)發(fā)硬件在環(huán)仿真器
概述：使用NI TestStand、LabVIEW實(shí)時(shí)模塊、LabVIEW FPGA模塊和NI PXI平臺(tái)創(chuàng)建用于西門(mén)子風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的嵌入式控制軟件發(fā)布的硬件在環(huán)（HIL）測(cè)試系統(tǒng)。
由于我們的軟件定期發(fā)布控制器的軟件新版本，我們需要測(cè)試軟件，驗(yàn)證這些軟件將會(huì)在風(fēng)力站的環(huán)境下可靠執(zhí)行。在每個(gè)軟件發(fā)布時(shí)，我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)使用軟件之前，需要先在工廠接受性能測(cè)試。這個(gè)全新的測(cè)試系統(tǒng)讓我們能夠自動(dòng)化這個(gè)流程。
從過(guò)去系統(tǒng)中學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)
我們之前的測(cè)試系統(tǒng)是在10年前開(kāi)發(fā)的，它基于另一個(gè)軟件環(huán)境和PCI數(shù)據(jù)采集板卡。測(cè)試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和性能無(wú)法滿(mǎn)足我們對(duì)全新的測(cè)試時(shí)間和擴(kuò)展性的需求。維護(hù)也十分困難，并且不能自動(dòng)化完成有效的測(cè)試。它還缺乏對(duì)測(cè)試結(jié)果自動(dòng)生成文檔和測(cè)試的可跟蹤性，不提供所需的遠(yuǎn)程控制功能。此外，過(guò)去的HIL測(cè)試環(huán)境不支持多核處理，因此我們無(wú)法利用新多核處理器的計(jì)算能力。
未來(lái)系統(tǒng)的決定
在評(píng)價(jià)可用的技術(shù)之后，我們選擇了LabVIEW軟件和基于PXI的實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）硬件，開(kāi)發(fā)我們?nèi)碌臏y(cè)試解決方案。我們相信這個(gè)技術(shù)會(huì)帶來(lái)靈活性和可擴(kuò)展性，滿(mǎn)足我們未來(lái)的技術(shù)需求。同時(shí)，我們從NI提供的服務(wù)與產(chǎn)品質(zhì)量中，建立了對(duì)解決方案的信心。
由于我們?cè)跍y(cè)試內(nèi)部系統(tǒng)中并沒(méi)有深入的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，我們將開(kāi)發(fā)外包給位于丹麥的CIM Industrial Systems A/S公司。我們選擇CIM Industrial Systems A/S是因?yàn)樗麄兙哂袦y(cè)試工程能力和歐洲多的LabVIEW認(rèn)證架構(gòu)師。CIM成功開(kāi)發(fā)了這個(gè)項(xiàng)目，我們對(duì)得到的服務(wù)感到十分高興。
靈活的實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
全新的測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)在LabVIEW實(shí)時(shí)模塊系統(tǒng)中，運(yùn)行組件仿真模型，仿真實(shí)時(shí)風(fēng)機(jī)組件的行為，為被測(cè)系統(tǒng)提供仿真信號(hào)。

圖2：西門(mén)子風(fēng)力測(cè)試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
主計(jì)算機(jī)包含直觀的LabVIEW用戶(hù)圖形界面，能夠方便地通過(guò)在面板中移動(dòng)組件進(jìn)行調(diào)整。Windows操作系統(tǒng)應(yīng)用程序與兩個(gè)不兼容實(shí)時(shí)任務(wù)的外部?jī)x器進(jìn)行通信。

圖3：主計(jì)算機(jī)具有直觀的LabVIEW用戶(hù)圖形界面。
在主計(jì)算機(jī)上的軟件通過(guò)以太網(wǎng)與位于PXI-1042Q機(jī)箱中的LabVIEW實(shí)時(shí)目標(biāo)進(jìn)行通信。LabVIEW實(shí)時(shí)模塊運(yùn)行通常包含20到55個(gè)并行執(zhí)行的仿真DLL的仿真軟件。這個(gè)解決方案能夠調(diào)用使用幾乎所有建模環(huán)境開(kāi)發(fā)的用戶(hù)模型，例如NI LabVIEW控制設(shè)計(jì)與仿真模塊、The MathWorks, Inc. Simulink?軟件或是ANSI C代碼。我們仿真循環(huán)的典型執(zhí)行速率是24 ms，為滿(mǎn)足未來(lái)處理能力擴(kuò)展需求提供了大量裕量。
用于定制風(fēng)力渦輪協(xié)議和傳感器仿真的FPGA板卡
由于缺少現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，在風(fēng)機(jī)中使用的定制通信協(xié)議很多。使用基于NI PXI-7833R FPGA多功能RIO模塊和LabVIEW FPGA模塊，我們能夠與這些協(xié)議進(jìn)行通信并仿真。除了協(xié)議交互之外，我們使用這個(gè)設(shè)備仿真磁性傳感器和三相電壓電流仿真。其他的FPGA板卡與NI 9151R系列擴(kuò)展機(jī)箱連接，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)通道數(shù)。
全新測(cè)試系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
相比上一代解決方案有許多優(yōu)點(diǎn)。由于系統(tǒng)的模塊化特性，進(jìn)行改進(jìn)、修改和進(jìn)一步開(kāi)發(fā)十分簡(jiǎn)單。被測(cè)系統(tǒng)可以在無(wú)需測(cè)試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)任何變化的情況下進(jìn)行快速替換。遠(yuǎn)程控制功能和系統(tǒng)的簡(jiǎn)單復(fù)制讓我們能夠在需要進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，靈活地將系統(tǒng)復(fù)制到其他站點(diǎn)。
仿真器為環(huán)境提供了在實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證新軟件發(fā)布和測(cè)試特殊解決方案的能力。它還給了我們測(cè)試我們正在研究的新技術(shù)和新概念的工具。

使用LabVIEW FPGA和CompactRIO開(kāi)發(fā)伺服控制系統(tǒng)
概述：利用NI LabVIEW FPGA 模塊和CompactRIO 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)出世界上臺(tái)在連續(xù)旋轉(zhuǎn)式磁盤(pán)上進(jìn)行三維全息數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)的伺服控制系統(tǒng)。

全息數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)（Holographic digital data storage，簡(jiǎn)稱(chēng)HDDS）技術(shù)是光學(xué)存儲(chǔ)領(lǐng)域里有前景的新興技術(shù)之一。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，是把單的比特信息存儲(chǔ)為介質(zhì)表面的磁或光變量，正在接近其物理的極限。然而，全息存儲(chǔ)技術(shù)可以使數(shù)據(jù)的傳輸速率加速到10 億比特每秒，把訪問(wèn)時(shí)間降低到幾十微秒，同時(shí)將數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)密度增加到理論的大值，即1 萬(wàn)億比特每立方厘米?！　?br /> 通過(guò)在存儲(chǔ)介質(zhì)的整個(gè)三維空間上編碼數(shù)據(jù)，并且利用稱(chēng)為頁(yè)的大容量并行存儲(chǔ)塊來(lái)進(jìn)行記錄和恢復(fù)，全息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)突破了傳統(tǒng)二維技術(shù)（如DVD）的限制。

利用CompactRIO 對(duì)Daewoo HDDS 系統(tǒng)進(jìn)行原型驗(yàn)證
我們的H D D S 原型包括兩個(gè)主要的子系統(tǒng)：一個(gè)基于N ICompactRIO三百萬(wàn)門(mén)的FPGA 系列模塊的電光運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和一個(gè)基于Xilinx 公司八百萬(wàn)門(mén)的FPGA 電路板的視頻解碼系統(tǒng)。CompactRIO 系統(tǒng)控制著一個(gè)線性電機(jī)、一個(gè)步進(jìn)電機(jī)、一個(gè)電流鏡和一個(gè)CMOS 相機(jī)。每一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制環(huán)都要求的控制，所以我們利用反饋信號(hào)來(lái)控制和檢測(cè)數(shù)據(jù)。不同于傳統(tǒng)的計(jì)算型電路板，CompactRIO 系統(tǒng)使我們可以利用NI 公司的LabVIEWFPGA模塊來(lái)定制脈沖發(fā)生器的時(shí)序，其精度可達(dá)到一個(gè)FPGA時(shí)鐘周期。為了避免滑動(dòng)，我們通過(guò)創(chuàng)建定制的用于加速和減速的數(shù)學(xué)函數(shù)，開(kāi)發(fā)了復(fù)雜的電機(jī)控制算法。我們?yōu)槿N類(lèi)型的電機(jī)分別設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)電路，并把它們連接到CompactRIO 的輸入/ 輸出模塊上。除了運(yùn)動(dòng)控制，CompactRIO 還與用于視頻解碼的FPGA 電路板通信，該電路板是使用我們自有的用于視頻恢復(fù)和CMOS相機(jī)控制的信號(hào)處理技術(shù)開(kāi)發(fā)的。前端MPEG解碼器積累在緩存中的數(shù)據(jù)量隨速度變化很大，CompactRIO 還通過(guò)檢查其變化來(lái)控制數(shù)據(jù)的傳輸速率。

使用LabVIEW測(cè)量?jī)?nèi)燃機(jī)氣缸壓力
概述：基于LabVIEW軟件控制的DAQ板卡，開(kāi)發(fā)出OPTIMIZER——一款靈活、經(jīng)濟(jì)的基于PC的氣缸壓力測(cè)量分析系統(tǒng)。

背景
內(nèi)燃機(jī)的性能，取決于許多因素。對(duì)于給定壓縮比的情況，佳馬力和發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩會(huì)出現(xiàn)在以下情況：
? 每個(gè)氣缸的進(jìn)氣口和進(jìn)氣閥的進(jìn)氣量均達(dá)到大
? 燃料/空氣處于適當(dāng)比例
? 燃料和空氣充分混合
? 調(diào)整點(diǎn)火提前量，避免初始爆震
由于是燃料/空氣混合物的燃燒產(chǎn)生的壓力產(chǎn)生了發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩和動(dòng)力，所以在發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)中重要的檢查參數(shù)就是在壓縮和做功沖程中的氣缸壓力大小及其定時(shí)。進(jìn)氣歧管的臺(tái)架測(cè)試是在恒流情況下記錄一定壓降下的氣流情況。但當(dāng)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上后，進(jìn)氣歧管的氣流就變成了受活塞運(yùn)動(dòng)、進(jìn)氣閥面積、氣閥定時(shí)和重疊時(shí)間以及流道形狀影響的非恒流過(guò)程。這些參數(shù)的共同作用，往往會(huì)導(dǎo)致多缸發(fā)動(dòng)機(jī)不同氣缸進(jìn)氣差異。
優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能的步就是設(shè)計(jì)進(jìn)氣歧管和氣閥系以大限度的給每一個(gè)氣缸提供等量空氣。對(duì)于給定的壓縮比和進(jìn)氣口溫度，操作者可以通過(guò)測(cè)量點(diǎn)火之前壓縮沖程中的氣缸壓力來(lái)獲得進(jìn)氣信息。因?yàn)橛蜌饣旌衔锏娜紵且粋€(gè)復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程，牽涉到很多氣缸的幾何因素以及其它因素，如油氣混合情況、汽油辛烷值、燃料當(dāng)量比、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、空氣溫度和濕度，以及點(diǎn)火時(shí)間等—— 調(diào)整這些參數(shù)，以獲得佳的性能，將是一個(gè)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。
通過(guò)觀察氣缸壓力測(cè)量值以及峰值壓力相對(duì)活塞頂死中心（Top-dead-center, TDC）的位置，發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)人員可以迅速將發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)校到佳性能。由燃燒質(zhì)量分?jǐn)?shù)可見(jiàn)，對(duì)于大多數(shù)傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)而言，如果峰值壓力出現(xiàn)在TDC之后12到15度，并且燃燒發(fā)生在TDC附近的等容階段時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)將表現(xiàn)出佳性能。但在給定壓縮比和燃油辛烷值情況下，為了達(dá)到佳性能所采取的點(diǎn)火提前可能會(huì)因?yàn)閲?yán)重的火花爆擊現(xiàn)象而導(dǎo)致氣閥過(guò)熱。因此，在性能優(yōu)化過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)人員需要檢測(cè)TDC之后的10和40度之間火花爆擊的氣缸壓力。如果檢測(cè)到爆震，點(diǎn)火提前取消，以避免活塞受損。