CN103439953A - 具有优化试验功能的单缸机试验测控系统和测控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有优化试验功能的单缸机试验测控系统，包括主控台，与主控台连接的数据采集模块、逻辑控制单元、数字PID控制器、发动机和负载控制单元，还包括DoE应用工具、测试设备、以及与主控台连接的DoE应用工具接口和外部设备接口；其中DoE应用工具通过DoE应用工具接口与主控台连接；测试设备通过外部设备接口与主控台连接。本发明通过提供单缸机测控系统的DoE应用工具的集成功能、以及自动工况运行功能模块和试验数据有效性自诊断功能，覆盖了单缸机试验开发的基本和特殊测控需求，增强了试验过程的自动化程度，减轻试验人员的工作强度，达到缩短开发时间、降低开发成本的效果。

Description

具有优化试验功能的单缸机试验测控系统和测控方法

技术领域

本发明涉及测控系统，尤其涉及一种具有优化试验功能的单缸机试验测控系统和测控方法。

背景技术

在发动机的开发、研制、生产和使用过程中，发动机测试台架环节对于发动机立论、设计制造新产品、研究和提高发动机及其零部件的性能以及正确地指导生产、维修和使用都具有十分重要的意义。随着计算机技术和电子技术在试验台架的测控系统上的应用和发展，目前，发动机试验测控系统是基于计算机的控制系统，通过软件和硬件的结合设计，实现监测和控制的融合，满足对发动机试验的数据监测、运行控制、数据记录和安全保护等功能。

相对于发动机试验开发台架而言，单缸机试验台是进行详细的燃烧系统研究的强有力工具。多年来发动机研究和开发的专业公司，在单缸机上完成了大量的开发和实验，为大型整机的研究和开发提供了相当大的技术支撑。试制单缸试验机可以大大缩短发动机的设计试制周期、节约设计试制成本、减少设计试制人员的工作量。最终使发动机成品的下线时间提前，有利于提早抢占市场。

对于发动机产品试验而言，测控系统功能相对简单，参数调整和控制功能要求较低。然而面向试验开发，尤其单缸机试验开发的测控系统，由于单缸机试验系统本身的特性，具有分离的控制系统和辅助支持系统。这样与整机测控系统相比，单缸机测控系统还需要满足对辅助支持系统（包括机油、冷却水、燃油、进排气等系统）的监测和控制要求，并按照整机运行状态，对支持系统相关控制参量进行调整，保证与整机运行状态的一致性。

此外，现有的单缸机测控系统一般仅具备基本参数信号的采集、显示和存储，手动运行状态的远程控制，外围支持系统变量的闭环控制，运行参数状态指示、报警和动作以及设备数据通讯等功能。然而，在现代单缸机的试验开发中，随着性能参数的组合方案变得越来越复杂繁多，对测控系统也提出了更高的要求，包括更多的调控变量、更复杂的变量控制和更快的响应速度要求。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种具有优化试验功能的单缸机试验测控系统，通过在测控系统中增加DoE（Design ofExperiment试验设计）技术的应用，实现单缸机按照DoE试验方案的自动运行，更有效地对复杂变量进行控制并更快地进行响应，同时具有数据有效性判断、逻辑控制脚本在线编辑等多种功能。

为实现上述目的，本发明提供了一种具有优化试验功能的单缸机试验测控系统，包括主控台，与主控台连接的数据采集模块、逻辑控制单元、数字PID控制器、发动机和负载控制单元，其中，还包括DoE应用工具、测试设备、以及与主控台连接的DoE应用工具接口和外部设备接口；DoE应用工具通过DoE应用工具接口与主控台连接；测试设备通过外部设备接口与主控台连接。

优选地，外部设备接口具有多个适用于不同通讯类型的物理接口和相应的软件设备驱动程序，用于不同试验测试或控制要求下的测试设备或装置的扩展。

进一步地，该测控系统还包括模拟量输出模块，模拟量输出模块与外围辅助系统连接，用于输出模拟调节量；模拟量输出模块还与数字PID控制器连接。模拟量输出模块的软件中指定模拟量输出通道和模拟量类型，参与数字PID控制器的实时计算结果进行有效的调节量输出。

进一步地，数据采集模块与外围辅助系统的传感器连接，用于采集传感器信号。

进一步地，数据采集模块包括模拟量输入输出模块和数字量输入输出模块。

优选地，数据采集模块的软件采用数据库技术，以表格的形式提供数据采集通道灵活配置，包括传感器信号类型、物理量范围、信号量程以及信号报警、停车限值的设定。

进一步地，数字PID控制器基于PID控制算法，通过软件中对控制和反馈通道信号的指定，及对控制器中控制参数具体数值的设定，对指定参量的实际闭环控制输出量进行计算。

进一步地，一种具有优化试验功能的单缸机试验测控系统的测控方法，包括如下步骤：

a)在DoE应用工具中根据试验需求，设计并生成待执行的试验方案；

b)将待执行的试验方案通过DoE应用工具接口下载至主控台，并生成自动工况；

c)主控台按照自动工况的要求，执行指定动作；

d)主控台通过数据采集模块获取第一数据结果；

e)主控台通过外部设备接口获取测试设备的第二数据结果；

f)DoE应用工具通过DoE应用工具接口获取主控台的第一数据结果和第二数据结果；以及

g)DoE应用工具计算和分析第一数据结果和第二数据结果，在线进行试验方案的调整。

进一步地，步骤b）中的自动工况是指通过主控台中的自动工况编辑和生成功能模块，编辑和设定的自动工况过程、参量和稳定判据。

优选地，上述参量包括信号数值、程序时间、组合条件、触发方式和脚本。

进一步地，步骤c)中的指定动作包括调整发动机运行状态、监测运行信号、控制测试设备、驱动调节装置及记录数据。

优选地，该测控方法的自动工况运行功能可通过自动或手动的模式切换。

进一步地，该测控方法还提供DoE应用工具下载试验方案至主控台后，通过主控台中的数据有效性判断功能模块，根据试验要求提前编辑输入和设定在各工况下的稳定性测试条件，以绝对差值及相对差值中的任一者来设定判断区间，根据运行过程中参变量的实测值与条件判据的满足程度来判定数据的有效性。

进一步地，该测控方法还提供DoE应用工具下载试验方案至主控台后，通过主控台中逻辑控制脚本功能模块，根据试验要求提前在软件中嵌入逻辑控制脚本，通过逻辑策略的设定和变量的组合，可在线编辑和生成逻辑控制策略，并输出驱动相应执行器动作。实现包括发动机起动过程的逻辑互锁、故障安保组合逻辑判断和动作以及特定试验的逻辑控制策略的相关功能。

由此可见，本发明具有如下技术效果：

1、本发明的单缸机试验测控系统提供了与DoE应用工具的集成功能，通过数据接口将DoE应用工具生成的试验方案下载到主控台，并支持根据反馈数据结果的分析，进行在线方案的调整，从而达到覆盖了单缸机试验开发的基本和特殊测控需求，基本实现发动机运行全变量的全程控制的目的。

2、本发明的单缸机试验测控系统在提供了与DoE应用工具的集成功能的基础上，还提供了自动工况运行功能模块和试验数据有效性自诊断功能，从而增强了试验过程的自动化程度，减轻试验人员的工作强度，达到缩短开发时间、降低开发成本的效果。

3、本发明的单缸机试验测控系统还具有独立的逻辑控制功能，通过在线进行逻辑策略的设定和逻辑变量的组合，实现不同级别请求和不同功能范畴的动作响应，提供系统灵活和全面的安全保障，降低了发动机试验开发过程中的技术风险。

4、本发明的单缸机试验测控系统具有可扩展的测试设备接口，具有良好的开发性，适用于多任务、多目的的试验开发时，需要获取多项测试设备（如油耗仪、排放分析仪、燃烧分析仪等）的测试数据结果作为优化目标，远程控制发动机控制单元来控制调整的工作方式。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1本发明的一个较佳实施例中的结构原理图。

具体实施方式

本发明提供了一种具有优化试验功能的单缸机试验测控系统，通过在测控系统中增加DoE（Design of Experiment试验设计）技术的应用，实现单缸机按照DoE试验方案的自动运行，同时具有数据有效性判断、逻辑控制脚本在线编辑等功能。

如图1所示，给出了本发明的具有优化试验功能的单缸机测控系统的结构原理图。该单缸机测控系统包括主控台101、与主控台101连接的数据采集模块102、逻辑控制单元103、数字PID控制器104、发动机和负载控制单元105。

其中，数据采集模块102包括数字量输入输出模块和模拟量输入输出模块。并且，数据采集模块102与单缸机106连接，数据采集模块102还与外围辅助系统107的传感器连接，现场采集传感器信号。数据采集模块102的通道配置软件方式采用数据库技术，以表格的形式提供数据采集通道灵活配置，包括传感器信号类型、物理量范围、信号量程以及信号报警、停车限值的设定。

数字PID控制器104基于PID控制算法，通过软件中对控制和反馈通道信号的指定，及对控制器中控制参数具体数值的设定，对指定参量的实际闭环控制输出量进行计算。

该单缸机测控系统还包括模拟量输出模块108，模拟量输出模块108一方面与外围辅助系统107连接，用于各类模拟调节量的输出，另一方面与数字PID控制器104连接。模拟量输出模块108指定模拟量输出通道和模拟量类型，参与数字PID控制器104的实时计算结果，进行有效的调节量输出。

该单缸机测控系统的逻辑控制单元103还与外围辅助系统107连接，用于控制外围辅助系统107。

该单缸机测控系统还包括测功器109，发动机和负载控制单元105还分别与单缸机106、单缸机的测功器109连接。

该单缸机测控系统还包括与主控台101连接的DoE应用工具接口110和外部设备接口111。DoE应用工具112通过DoE应用工具接口110与主控台101连接，单缸机106的测试设备113通过外部设备接口111与主控台101连接。

外部设备接口111具有多个不同通讯类型的物理接口和相应的软件设备驱动程序，用于面向不同设备供应商提供的通讯协议和接口类型，通过灵活的匹配硬件通讯端口和添加软件设备驱动程序，实现测试设备或控制系统的扩展。由此可见，本发明的单缸机测控系统具有的可扩展的测试设备接口，具有良好的开发性，适用于多任务、多目的的试验开发时，需要获取多项测试设备（如油耗仪、排放分析仪、燃烧分析仪等）的测试数据结果作为优化目标，远程控制发动机控制单元来控制调整的工作方式。

基于上述单缸机测控系统，本发明还提供了一种具有优化试验功能的单缸机试验的测控方法，包括如下步骤：

a)在DoE应用工具112中中根据试验需求，设计并生成形成欲待执行的试验方案；

b)将试验方案通过DoE应用工具接口110下载至主控台101，并生成自动工况；

c)主控台101按照自动工况的要求，执行指定动作；

d)主控台101通过数据采集模块102获取第一数据结果；

e)主控台101通过外部设备接口111获取测试设备113的第二数据结果；

f)DoE应用工具112通过DoE应用工具接口110获取主控台101的第一数据结果和第二数据结果；以及

g)DoE应用工具112计算和分析第一数据结果和第二数据结果，在线进行试验方案的调整。

步骤b)中的自动工况是指通过主控台101中的自动工况编辑和生成功能模块，编辑和设定的自动工况过程、指定参量和稳定判据等。所述参数包括信号数值、程序时间、组合条件、触发方式和脚本。

步骤c)中的指定动作包括调整发动机运行状态、监测运行信号、控制测试设备、驱动调节装置及记录数据。

该测控方法的自动工况运行功能可通过自动或手动的模式切换。

本发明的测控方法还提供DoE应用工具112下载试验方案至主控台101后，通过主控台101中的数据有效性判断功能模块，根据试验要求提前编辑输入和设定在各工况下的稳定性测试条件，以绝对差值及相对差值中的任一者来设定判断区间，根据运行过程中参变量的实测值与条件判据的满足程度来判定数据的有效性，并根据需要进行手动或自动的记录存盘。该数据有效性判断功能适用于手动或自动工况运行，对于自动工况运行，必需运用该技术。

可以看出，本发明的单缸机测控系统具有单缸机正常手动运行状态下的数据实时监测、发动机及负载实时控制、辅助支持系统设备和装置实时控制及测试设备数据通讯等功能；进一步，通过提供与DoE应用工具112的集成功能，将DoE应用工具112生成的试验方案下载到主控台101，并支持根据主控台的反馈数据结果的分析，进行在线方案的调整，从而达到覆盖了单缸机试验开发的基本和特殊测控需求，基本实现发动机运行全变量的全程控制的目的。此外，该单缸机测控系统还提供的自动工况运行功能模块和试验数据有效性自诊断功能，可以增强了试验过程的自动化程度，减轻试验人员的工作强度，达到缩短开发时间、降低开发成本的效果。

本发明的测控方法还提供DoE应用工具112下载试验方案至主控台101后，通过主控台101中的逻辑控制脚本功能模块，根据试验要求提前在软件中嵌入逻辑控制脚本，通过逻辑策略的设定和变量的组合，可在线编辑和生成逻辑控制策略，并输出驱动相应执行器动作，实现包括发动机起动过程的逻辑互锁、故障安保组合逻辑判断和动作以及特定试验的逻辑控制策略的相关功能。而该逻辑控制脚本功能通过在线进行逻辑策略的设定和逻辑变量的组合，实现不同级别请求和不同功能范畴的动作响应，提供系统灵活和全面的安全保障，降低了发动机试验开发过程中的技术风险。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有优化试验功能的单缸机试验测控系统，包括主控台，与所述主控台连接的数据采集模块、逻辑控制单元、数字PID控制器、发动机和负载控制单元，其特征在于，还包括DoE应用工具、测试设备、以及与所述主控台连接的DoE应用工具接口和外部设备接口；所述DoE应用工具通过所述DoE应用工具接口与所述主控台连接；所述测试设备通过所述外部设备接口与所述主控台连接。

2.如权利要求1所述的具有优化试验功能的单缸机试验测控系统，其中，所述外部设备接口具有多个适用于不同通讯类型的物理接口。

3.如权利要求1所述的具有优化试验功能的单缸机试验测控系统，其中，还包括模拟量输出模块，所述模拟量输出模块与外围辅助系统连接，用于输出模拟调节量；所述模拟量输出模块还与所述数字PID控制器连接。

4.如权利要求1所述的具有优化试验功能的单缸机试验测控系统，其中，所述数据采集模块与外围辅助系统的传感器连接，用于采集传感器信号。

5.如权利要求1所述的具有优化试验功能的单缸机试验测控系统，其中，所述数据采集模块包括模拟量输入输出模块和数字量输入输出模块。

6.用于如权利要求1-5中任一项所述的具有优化试验功能的单缸机试验测控系统的测控方法，其特征在于，包括如下步骤：

a)在所述DoE应用工具中根据试验需求，设计并生成待执行的试验方案；

b)将所述待执行的试验方案通过所述DoE应用工具接口下载至所述主控台，并生成自动工况；

c)所述主控台按照所述自动工况，执行指定动作；

d)所述主控台通过所述数据采集模块获取第一数据结果；

e)所述主控台通过所述外部设备接口获取所述测试设备的第二数据结果；

f)所述DoE应用工具通过所述DoE应用工具接口获取所述主控台的所述第一数据结果和所述第二数据结果；以及

g)所述DoE应用工具计算和分析所述第一数据结果和所述第二数据结果，在线进行试验方案的调整。

7.如权利要求6所述的具有优化试验功能的单缸机试验测控系统的测控方法，其中，所述步骤b）中的自动工况是指通过所述主控台中的自动工况编辑和生成功能模块，编辑和设定的自动工况过程、参量和稳定判据。

8.如权利要求6所述的具有优化试验功能的单缸机试验测控系统的测控方法，其中，所述步骤c)中的所述指定动作包括调整发动机运行状态、监测运行信号、控制所述测试设备、驱动调节装置及记录数据。

9.如权利要求7所述的具有优化试验功能的单缸机试验测控系统的测控方法，其中，所述参量包括信号数值、程序时间、组合条件、触发方式和脚本。

10.如权利要求6所述的具有优化试验功能的单缸机试验测控系统的测控方法，其中，所述DoE应用工具下载试验方案至所述主控台后，通过主控台中的数据有效性判断功能模块，根据试验要求提前编辑输入和设定在工况下的稳定性测试条件，以绝对差值及相对差值中的任一者来设定判断区间，根据运行过程中参变量的实测值与条件判据的满足程度来判定数据的有效性。

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