CN100549698C - 位移传感器与Windows时间间接速度测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种位移传感器与Windows时间间接测量速度的方法，该方法是把位移传感器与和被测舵机输出端相连，将被测舵机输出端的位移转换成电压或电流信号，并将此信号送往安装于测控计算机上的A/D转换模块，由A/D转换模块将位移信号转换成数字量。测控计算机按一定的规律采集位移量，在采集位移量后立即使用Windows API中的GetCurrentTime函数读取Windows时间，确定为该位置对应的时间。测控计算机按相邻两位置上的位移差与时间差相除计算出被测舵机输出端在两位置点之间运动的平均速度。

Description

位移传感器与Windows时间间接速度测试方法

技术领域

本发明涉及一种间接速度测试方法，特别涉及一种用于测试舵机输出端速度时位移传感器与Windows时间间接速度测试的方法。

背景技术

在舵机输出端的速度测试过程中，传统方法是采用速度传感器直接进行测试，这种方法在测试舵机输出端速度相对较大(例如：空载输出速度最大值可达100mm/s)时，测试精度还能达到要求；但在某些测试项目中，被测速度相对较小(例如：启动电流试验中，被测速度在0.5mm/s左右)时，速度传感器必须达到非常高的测试精度(例如：在启动电流测试中如要达到1％的测试精度，对于满量程为100mm/s的速度传感器来说，其满量程精度将高达0.005％)，此时的速度传感器根本无法达到精度要求。为此，可采用其它间接速度测试方法，避免出现这种问题的出现，而本发明中的间接速度测试方法就能很好地解决这个问题。

发明内容

针对上述现有传统方法采用速度传感器测试舵机输出端的速度精度不能满足要求的问题，本发明的目的在于，提供一种位移传感器与Windows时间间接速度测试的方法，该方法采用计算机自动控制技术，不需在舵机输出端另加速度传感器，在测试过程中，测控计算机即时采集记录舵机输出端位移和Windows时间，将用于测试舵机输出端位移的位移传感器测试的位移量与移动这段位移量所对应的Windows时间(指自Windows系统启动后流逝的毫秒数)间隔相除，确定舵机输出端平均速度的一种间接速度测试方法。该方法可解决自主式舵机输出端速度测试时用速度传感器测试时精度太低的问题。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种位移传感器与Windows时间间接速度测试方法，该方法用于测试舵机输出端速度，其特征在于：

首先将位移传感器和被测舵机输出端相连，将被测舵机输出端的位移转换成电压或电流信号，并将此信号送往安装于测控计算机上的A/D转换模块，由A/D转换模块将位移信号转换成数字量。

测控计算机按一定的规律采集位移量，在采集位移量后立即使用Windows API中的GetCurrentTime函数读取Windows时间，确定为该位置对应的时间。测控计算机按相邻两位置上的位移差与时间差相除计算出被测舵机输出端在两位置点之间运动的平均速度，并在测控计算机的人机交互界面上输出测试结果。

具体包括以下步骤：

步骤一，按下测控计算机的人机交互界面上的测试按钮，测试软件设置定时器中断时间并开启定时器；

步骤二，判断是否收到定时器中断？如果收到定时器中断则测控计算机每一个采集周期采集记录一次数据，每次采集记录舵机输出端位移传感器的输出位移量S_i，并立即使用Windows API中的GetCurrentTime函数读取与其对应的Windows时间t_i，反之控制软件处理其它任务；

步骤三，测控计算机进行数据处理，使用公式 $v_i=\frac{S_i-S_{i-1}}{t_i-t_{i-1}}$ 计算速度并显示结果；

步骤四，判断定时器是否已经关闭？如果没有关闭则返回步骤二继续测试，反之结束测试。

本发明给出的用位移传感器与Windows时间间接速度测试方法测试舵机输出端速度时，不需在舵机输出端另加速度传感器，利用安装于舵机输出端的位移传感器和Windows时间，确定舵机输出端速度，克服了传统测试采用速度传感器精度太低的缺点，提高了测试的精度和准确度。

附图说明

图1是舵机输出端速度测试原理方框图；

图2是舵机安装试验台架示意图；

图3是舵机输出端速度测试流程图；

下面结合附图和具体实施方法对本发明作进一步的详细描述。

具体实施方式

本发明的方法不需在舵机输出端另加速度传感器，在测试过程中，测控计算机即时采集记录舵机输出端位移和Windows时间，将用于测试舵机输出端位移的位移传感器测试的位移量与移动这段位移量所对应的Windows时间(指自Windows系统启动后流逝的毫秒数)间隔相除，确定舵机输出端平均速度的一种间接速度测试方法。

这种间接速度测试方法的测试精度基本不受位移传感器误差影响，但时间测试误差对速度的测试精度影响较大。测试开发工具(如LabWindows/CVI)中的时钟具有较高的精度(ms级)，它可在用户设定的时间准确的产生一个时钟中断消息，此消息进入Windows消息队列，如果在此消息前没有其它消息存在，Windows将立即响应该消息；完成测试软件确定的采集记录舵机输出端位移测试和Windows时间任务，软件中采集记录舵机输出端位移测试和Windows时间的任务之间没有任何其它消息，这种情况下，测试位移与时间是协调的；但如果在时钟中断消息前有其它消息存在，那么Windows只有在响应完其它消息后才响应时钟中断消息，完成测试软件中确定的位移测试任务，这种情况下，测试位移与时间是不协调的，计算得到的速度与实际速度之间可能存在较大偏差。

为保证测试位移与Windows时间的协调，消除测试误差，试验台采用了位移传感器与Windows时间间接速度测试方法。在测试过程中，测试软件中采集记录舵机输出端的位移传感器测试数据与读取Windows时间之间不加入任何操作，从而保证了测试位移与时间的协调，避免了因两者不协调而产生的测试误差。

舵机输出端速度测试原理方框图如图1所示。位移传感器采集舵机输出端行程信号进入测控计算机的A/D转换模块输入端(输入0～5V)，测控计算机的D/A转换模块输出端(输出信号0～20mA)通过放大调理模块送入操纵继电器，测控计算机记录处理测控计算机采集的数据，最后输出测试结果。

测控计算机的软件采用下列方法完成：测试软件采用基于C语言的美国NI公司的LabWindows/CVI虚拟仪器软件设计开发；软件中设有一个时钟用于确定数据采集周期，设计每过一数据采集周期内操纵继电器线圈控制电流按规律变化；同时在每个采集周期内采集记录舵机输出端位移和Windows时间等数据；最后将数据进行拟合处理并将最终结果输出。开发软件以C语言为基础，其具有可读性强、易于管理、方便的模块化设计等特点，例如软件设计中大量用到回调函数作为子函数；开发工具中函数也简单易懂，例如绘制曲线函数PlotXY，判断最值函数MaxMin1D，曲线拟合函数PolyFit等(可参考1.考机械工业出版社，宋宇峰等编著，LabWindows/CVI逐步深入与开发实例；2.电子工业出版社，孙晓云等编著，基于LabWindows/CVI的虚拟仪器设计与应用等)。

舵机安装试验台架示意图如图2所示，包括固定支架1，支架推动轮2，固定支柱3，操纵拉杆安装支座4，输入摇臂5，承力杆6，位移传感器7滑块机构8，用于安装舵机的吊挂9，舵机固定座10，泵站性能测试液压系统机箱11，被测舵机12。其中滑块机构8和被测舵机12的输出端固连，并和位移传感器一起作用测量被测舵机输出端位移，然后将位移信号送往测控计算机进行记录处理。

舵机输出端速度测试有最大空载速度测试和阻尼状态速度增益测试。

最大空载速度测试具体操作如下：1)在舵机液压试验台上安装位移传感器，不安装力传感器，不连接泵站测试液压系统。2)比例节流阀控制--自动；系统安全压力——自动；风冷器控制——自动；阻尼器控制——自动；操纵继电器励磁线圈——自动；操纵继电器线圈电流——自动。3)启动泵站电机。4)按下“开始测试”按钮。5)以最快速度往复推拉输入拉杆到极限位置3个循环。6)被测位移通过位移传感器送往测控计算机，测控计算机同时对Windows时间记录，最后对数据进行处理，最终得到舵机最大空载速度。7)按下“停止测试”按钮，完成测试并显示测试结果。

阻尼状态速度增益测试需要测试舵机启动电流的大小，采用门槛速度逆推自动测试舵机的启动电流，具体操作如下：1)在舵机液压试验台上安装位移传感器，不安装力传感器，不连接泵站测试液压系统。2)比例节流阀控制——自动；系统安全压力——自动；风冷器控制——自动；阻尼器控制——自动；操纵继电器励磁线圈——自动；操纵继电器线圈电流——自动。3)启动泵站电机。4)按下“开始测试”按钮各控制输出通道强制设置为“自动”，操纵继电器线圈电流：-13mA(3s)；-6mA～6mA(6s)；-13mA(3s)；+13mA(3s)；0mA(3s)；在第3s～9s过程中，测控计算机记录输出控制电流、采集舵机输出端位移传感器的位置S_i和其对应的Windows时间t_i；第18秒，测控计算机进行数据处理，计算舵机输出端的平均速度 $v_i=\frac{S_i-S_{i-1}}{t_i-t_{i-1}};$ 判断所测舵机输出端的速度v_i≥v_门槛时，可确定门槛速度前一测试点对应的电流值即为舵机启动电流I_i-1。5)18秒内系统自动完成测试，并显示测试结果。

本发明的测试某飞机自主式舵机输出端速度时位移传感器与Windows时间间接速度测试方法流程图如图3所示。

在最大空载速度测试时，具体包括以下步骤：

1)按下人机交互界面上的“开始测试”按钮；

2)以最大速度往复推拉舵机输入杆到极限位置3个循环；

3)与此同时，测控计算机每0.1s采集一次数据，每次采集舵机输出端位移传感器的位置S_i和其对应的Windows时间t_i；

4)测控计算机进行数据处理，计算舵机输出端的平均速度 $v_i=\frac{S_i-S_{i-1}}{t_i-t_{i-1}};$

5)在所有处理数据中，测控计算机找出所有速度绝对值最大的那个速度即为空载速度最大量；

6)在人机交互界面上显示舵机输出端速度结果。

阻尼状态速度增益测试需要测试舵机启动电流的大小，采用门槛速度逆推自动测试舵机的启动电流。具体包括以下步骤：

1)按下人机交互界面上的“开始测试”按钮；

2)测控计算机控制舵机操纵继电器线圈控制电流按下列规律变化：-13mA(3s)；-6mA～6mA(6s)；-13mA(3s)；+13mA(3s)；0mA(3s)。

3)在第3s～9s过程中，测控计算机记录输出控制电流、采集舵机输出端位移传感器的位置S_i和其对应的Windows时间t_i；

4)测控计算机进行数据处理，计算舵机输出端的速度 $v_i=\frac{S_{i+1}-S_i}{t_{i+1}-t_i};$

5)测控计算机进行数据分析处理，当判断所测舵机输出端的速度v_i≥v_门槛时，可确定门槛速度前一测试点对应的电流值即为舵机启动电流I_i-1，并将该舵机启动电流结果在测控计算机的人机交互界面上显示。

采用本发明给出的用位移传感器与Windows时间间接速度测试的方法测试舵机输出端速度时，不需在舵机输出端另加速度传感器，在测试过程中，利用安装于舵机输出端的位移传感器和Windows时间，确定舵机输出端速度，克服了传统测试直接采用速度传感器精度太低的缺点，解决了自主式舵机输出端速度测试时用速度传感器测试时精度太低的问题，提高了测试的精度和准确度。所开发的液压舵机试验台，采用测控计算机总线和虚拟测试技术，具有很好的自动测试和显示能力，操作方便，人机界面友好。

Claims (1)

1.一种位移传感器与Windows时间间接速度测试方法，该方法用于测试舵机输出端速度，其特征在于：

首先将位移传感器和被测舵机输出端相连，将被测舵机输出端的位移转换成电压或电流信号，并将此信号送往安装于测控计算机上的A/D转换模块，由A/D转换模块将电压或电流信号转换成数字量；

测控计算机按一定的规律采集位移量，在采集位移量后立即使用Windows API中的GetCurrentTime函数读取Windows时间，确定为该位置对应的时间，测控计算机按相邻两位置上的位移差与时间差相除计算出被测舵机在两位置点之间运动的平均速度，并在测控计算机的人机交互界面上输出测试结果，具体包括以下步骤：

步骤一，按下测控计算机的人机交互界面上的测试按钮，测试软件设置定时器中断时间并开启定时器；

步骤二，测控计算机判断是否收到定时器中断？如果收到定时器中断则测控计算机每一个采集周期采集记录一次数据，每次采集记录舵机输出端位移传感器的输出位移量S_i，并立即使用Windows API中的GetCurrentTime函数读取与其对应的Windows时间t_i，反之控制软件处理其它任务；

步骤三，测控计算机进行数据处理，使用公式 $v_i=\frac{S_i-S_{i-1}}{t_i-t_{i-1}}$ 计算速度并显示结果；

步骤四，判断定时器是否已经关闭？如果没有关闭则返回步骤二继续测试，反之结束测试。

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