CN104238440A - 一种传动箱试验台及用其进行软件信号调理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种传动箱试验台及用其进行软件信号调理的方法，解决了目前传动箱试验台信号采集处理过程存在的问题。传动箱试验台包括直流电机、加载装置、扭矩检测仪、信号检测控制柜、被检测传动箱、液压站、直流电机驱动器、加载装置驱动控制器、按钮控制操作台、强电控制柜、用于传动箱试验台控制和软件信号调理的主站PLC系统以及用视窗管理软件编制的传动箱试验台控制系统。其基本工作原理为：信号输入→模数转换器采集数据→做为处理程序的输入变量X→设置一个RC时间常数K→计算参数K1＝1/K和K2＝1-K1→编制一个无限循环程序做下列公式运算：Y＝X*K1+Y1*K2的函数。本发明提高信噪比，提高精度。

Description

一种传动箱试验台及用其进行软件信号调理的方法

技术领域：

本发明涉及一种传动箱试验台及用其进行软件信号调理的方法。

背景技术：

传动箱试验台是各种车辆传动箱体出厂前检测装配技术指标的关键检测设备。按工艺要求测量传动箱的各档位(包括倒档)扭矩等主要参数指标，每一档位都要有一定时间的稳定运转，然后测试传动箱部件的各参数指标，达到标准才算合格，方可出厂。它所有检测的动作控制都是全自动操作，所以它是数控系统与信号检测的双重领域。主要检测的物理量有：被测传动箱的扭矩、转速、功率及液压站油路的压力、流量和温度等多路(一般10-30路)信号。到目前为止所有的传动箱试验台信号采集系统都是用硬件的信号采集调理系统组成，它和计算机的连接方式如图1框图所示：

这种信号采集处理过程存在如下缺点：

1、抗干扰能力差。经常遇到的问题是如果两台或多台试验台同时工作时，数据干扰非常大，数据不稳定，导致试验台不能正常工作。

2、受温度影响严重，检测信号的精度低，稳定性差，分辨率低。

3、成本高。由于增加了信号采集调理器系统，所以增加了很大的成本。如果选用进口的信号采集调理器系统成本更高。

4、由于受电器元件的影响调整不方便，编程复杂，主要是信号采集调理器系统到计算机系统数据传输要用vb或vc语言编程。

5、布线复杂。从试验台到配电室的线很多不易使用数据总线。

目前解决的办法：1、在计算机采集信号之前加高质量的进口硬件信号调理器电路板，但费用非常高，效果不是很理想，调整范围有限，容易受到电磁场和温度的影响；2、屏蔽法；3、在电路中加各种形式的阻容式和电感式滤波法。但上述滤波效果都不太理想，在电磁场强的地方干扰也很大，以至于设备无法工作。而扭矩仪还会受到由机械震动引起干扰，就无法用电磁屏蔽方式排除。目前的软件处理基本上就是取平均值法、除去最大值和最小值法，根据现场实际情况来看效果都不理想，第一反应慢，其次是作用效果不好，容易丢掉有用信号。

发明内容：

本发明通过提供一种传动箱试验台及用其进行软件信号调理的方法解决了目前传动箱试验台信号采集处理过程存在的抗干扰能力差、受温度影响严重、成本高、编程复杂以及布线复杂的问题。

本发明是由以下技术方案实现的：

一种传动箱试验台，包括直流电机、加载装置、扭矩检测仪、信号检测控制柜、被检测传动箱、液压站、直流电机驱动器、加载装置驱动控制器、按钮控制操作台、强电控制柜、用于传动箱试验台控制和软件信号调理的主站PLC系统以及用视窗管理软件编制的传动箱试验台控制系统，直流电机和被检测传动箱均通过连接器与扭矩检测仪连接，加载装置通过连接器与被检测传动箱连接，扭矩检测仪信号传入信号检测控制柜中，被检测传动箱检测到的信号传入信号检测控制柜中，被检测传动箱和液压站连接，强电控制柜和加载装置驱动控制器连接，直流电机驱动器、加载装置驱动控制器、按钮控制操作台和信号检测控制柜均与数据总线I连接，主站PLC系统与数据总线I连接，传动箱试验台控制系统通过数据总线II与主站PLC系统连接，信号检测控制柜与检测各种物理量的传感器连接，软件信号调理由软件信号调理器系统完成，该系统可用任何计算机系统编制，其基本原理为：

把信号源的信号连接到设备模拟量输入端→模数转换器采集数据→做为处理程序的输入变量X→设置一个RC时间常数K→计算参数K1＝1/K和K2＝1-K1→编制一个无限循环程序做下列公式运算：Y＝X*K1+Y1*K2的函数→Y1＝Y，其中X是被检测的物理量的输入信号，Y是Y＝X*K1+Y1*K2计算后的结果，也就是信号经过RC电路滤波以后的输出结果，Y1是上一次的运算结果Y，首次计算Y1＝0，Y1＝Y不是一个等式，而是一个赋值语句，就是把本次运算结果赋值给上一次的变量里，K是代表物理量RC的时间系数，它代表上述无限循环程序的单次执行时间*K就是真正的物理量RC的时间系数，X是它的输入信号，Y是它的输出信号，上述所有的变量都是双精度浮点数，所有的运算都是双精度浮点运算→循环运行程序→随时采样当时的输出结果Y→将输出结果Y传输至传动箱试验台控制系统。

加载装置为电涡流测功机。

加载装置驱动控制器为PLC及电涡流测功机驱动控制器。

按钮控制操作台用PLC控制。

数据总线I为PROFIBUS-DP总线，数据总线II为MPI总线。

一种在传动箱试验台中用软件进行信号调理的方法，包括以下步骤：

把信号源的信号连接到设备模拟量输入端→模数转换器采集数据→做为处理程序的输入变量X→设置一个RC时间常数K→计算参数K1＝1/K和K2＝1-K1→编制一个无限循环程序做下列公式运算：Y＝X*K1+Y1*K2的函数→Y1＝Y，其中X是被检测的物理量的输入信号，Y是Y＝X*K1+Y1*K2计算后的结果，也就是信号经过RC电路滤波以后的输出结果，Y1是上一次的运算结果Y，首次计算Y1＝0，Y1＝Y不是一个等式，而是一个赋值语句，就是把本次运算结果赋值给上一次的变量里，K是代表物理量RC的时间系数，它代表上述无限循环程序的单次执行时间*K就是真正的物理量RC的时间系数，X是它的输入信号，Y是它的输出信号，上述所有的变量都是双精度浮点数，所有的运算都是双精度浮点运算→循环运行程序→随时采样当时的输出结果Y→将输出结果Y传输至传动箱试验台控制系统。

本发明采用了软件编程的方法，它模拟了RC电路的特性，此电路具有和实际硬件RC电路完全一样效果，可实现计算机采集的信号与RC软件电路的连接，具有以下有益效果：

1、它可以实现软件信号线屏蔽的效果，消除信号的干扰、杂波和噪声，提高了信噪比，提高了测量精度，提高了数据的稳定性。

2、它组成了一个和实际电路完全等效的低通滤波器。

3、具有超导的效果，因为它没有一点儿电路损耗，没有温度效应，完全像超导体内运行的电路。

4、具有非常高的精度、灵敏度和稳定性。

5、RC时间常数不受任何电子元件参数的影响，完全由K系数决定，可以从无穷小到无穷大，这样它覆盖的频段可以是真正的全频段。

附图说明：

图1是目前一般的信号采集处理过程框图；

图2是本发明机械连接框图；

图3是本发明直流电机、扭矩检测仪和传动箱连接的机械结构图；

图4是传动箱试验台信号传导关系图：

图5是本发明的RC等效电路图；

图6是本发明的计算机程序框图；

图7是本发明装置程序处理前的输入信号波形图；

图8本发明装置程序处理后的信号输出波形图；

具体实施方式：

如图2-8所示，本发明是一种传动箱试验台及用其进行软件信号调理的方法。到目前为止所有的传动箱试验台信号采集系统都是用硬件的信号采集调理系统组成，它和计算机的连接方式如图1框图所示：

这种信号采集处理过程存在如下缺点：

1、抗干扰能力差。经常遇到的问题是如果两台或多台试验台同时工作时，数据干扰非常大，数据不稳定，导致试验台不能正常工作。

2、受温度影响严重，检测信号的精度低，稳定性差，分辨率低。

3、成本高。由于增加了信号采集调理器系统，所以增加了很大的成本。如果选用进口的信号采集调理器系统成本更高。

4、由于受电器元件的影响调整不方便，编程复杂，主要是信号采集调理器系统到计算机系统数据传输要用vb或vc语言编程。

5、布线复杂。从试验台到配电室的线很多不易使用数据总线。

本发明是一种在传动箱试验台中用软件进行信号调理的方法，包括以下步骤：

如图6所示，把信号源的信号连接到设备模拟量输入端→模数转换器采集数据→做为处理程序的输入变量X→设置一个RC时间常数K→计算参数K1＝1/K和K2＝1-K1→编制一个无限循环程序做下列公式运算：Y＝X*K1+Y1*K2的函数→Y1＝Y，其中X：是被检测的物理量的输入信号，Y：是Y＝X*K1+Y1*K2计算后的结果，也就是信号经过RC电路滤波以后的输出结果，Y1：是上一次的运算结果Y，Y1＝Y：不是一个等式，而是一个赋值语句，就是把本次运算结果赋值给上一次的变量里。K：是代表物理量RC的时间系数，它代表上述无限循环程序的单次执行时间*K就是真正的物理量RC的时间系数。K越小，低通滤波器的截止频率越高，K越大低通滤波器的截止频率越低。上述一个无限循环运行程序就是一个低通滤波器的电路，X是它的输入信号，Y是它的输出信号。上述所有的变量都是双精度浮点数，所有的运算都是双精度浮点运算。K越小，消除干扰的效果越差，K＝1，就是X＝Y，也就是没有任何消除干扰的能力，反之K越大消除干扰的能力越强，K参数决定信噪比和测量精度。→循环运行程序→随时采样当时的输出结果Y→将输出结果传输至显示装置或转换为模拟量输出。本发明的计算机程序框图如图6所示，程序处理前的输入信号波形图如图7所示，程序处理后的信号输出波形图如图8所示。

上述程序框图是一路信号的处理过程，实际使用中每一路信号输入就要有一路软件信号调理过程，本试验台共有30个输入信号，所以就要有30个相同的软件信号调理器，程序中要设置变量表将X(0-29)、Y(0-29)、Y1(0-29)、K(0-29)、K1(0-29)、K2(0-29)的各变量分别设置30个分变量，每个程序框的动作可重复编写30次，程序就完成任务了。变量的数量可根据控制系统输入模拟量数量确定，可通过实际情况调整各自的K参数，K：是代表物理量RC时间系数，K越小，消除干扰的效果越差，K＝1，就是X＝Y，也就是没有任何消除干扰的能力，反之K越大消除干扰的能力越强，但消除干扰能力强，所用计算时间也越长，在PLC程序控制器中一般K的值选在100～500之间比较合适，这样信噪比可提高100～500倍，精度也可提高100～500倍。这在测量系统中是一个非常理想的结果。如果计算机中程序执行速度越快，K可取值越大，测量精度越高，抗干扰能力越强。如果K的值取到1000～10000之间，会得到一个意想不到的好结果。总之K参数决定信噪比和测量精度。

一般在综合试验台项目中通常有30多个信号检测量，包括压力、流量、温度、扭矩、转速、功率，这些信号的测量都经过此程序处理，效果非常好，其中扭矩原来是最难处理的，受到许多机械电气的影响，测量的数据特别不稳定，精度低。经过本发明处理以后达到了很好的效果，精度提高100倍以上，数据稳定，分辨率很高。

如图2-4所示，是本发明的一种传动箱试验台，包括直流电机、电涡流测功机加载装置、扭矩检测仪、信号检测控制柜、可空载和加载的被检测传动箱、液压站、直流电机驱动器(西门子)、加载装置驱动控制器(PLC及电涡流测功机驱动控制器)、按钮控制操作台(PLC控制)、强电控制柜、用于传动箱试验台控制和软件信号调理的主站PLC系统以及用视窗管理软件编制的传动箱试验台控制系统，直流电机和被检测传动箱均通过连接器与扭矩检测仪连接，加载装置通过连接器与被检测传动箱连接，扭矩检测仪信号传入信号检测控制柜中，被检测传动箱检测到的信号传入信号检测控制柜中，被检测传动箱和液压站连接，强电控制柜和加载装置驱动控制器连接，直流电机驱动器、加载装置驱动控制器、按钮控制操作台和信号检测控制柜均与PROFIBUS-DP数据总线I连接，主站PLC系统也与PROFIBUS-DP数据总线I连接，传动箱试验台控制系统通过MPI数据总线II与主站PLC系统连接，信号检测控制柜与检测各种物理量的传感器连接，信号调理由软件信号调理器系统完成，该系统可用任何计算机系统编制，其基本原理为：

把信号源的信号连接到设备模拟量输入端→模数转换器采集数据→做为处理程序的输入变量X→设置一个RC时间常数K→计算参数K1＝1/K和K2＝1-K1→编制一个无限循环程序做下列公式运算：Y＝X*K1+Y1*K2的函数→Y1＝Y，其中X：是被检测的物理量的输入信号，Y：是Y＝X*K1+Y1*K2计算后的结果，也就是信号经过RC电路滤波以后的输出结果，Y1：是上一次的运算结果Y，首次计算Y1＝0，Y1＝Y：不是一个等式，而是一个赋值语句，就是把本次运算结果赋值给上一次的变量里。K：是代表物理量RC的时间系数，它代表上述无限循环程序的单次执行时间*K就是真正的物理量RC的时间系数，X是它的输入信号，Y是它的输出信号，上述所有的变量都是双精度浮点数，所有的运算都是双精度浮点运算→循环运行程序→随时采样当时的输出结果Y→将输出结果传输至传动箱试验台控制系统。

本专利技术可在任何有模拟量输入和模拟量输出的计算机上执行，也可在可编程序控制器PLC上运行，也可在单片机上做成一个专门消除干扰，提高信噪比，提高精度的信号调理器。具体实施方式比较简单，首先进行模数转换，数据采集，然后再编写消除干扰的程序，将输出结果传输给显示就可以了。有的地方可能还要进行数模转换输出，将数字量转换成模拟量。本程序公式简单，计算步骤少，没有任何判断程序，所以整个程序的单次循环所用的时间和数据量都很少。

本试验台的信号调理技术不仅适用于传动箱试验台，而且可以用于任何信号检测。同样能提高信号检测的精度、灵敏度、稳定性。

Claims (6)

1.一种传动箱试验台，其特征是：包括直流电机、加载装置、扭矩检测仪、信号检测控制柜、被检测传动箱、液压站、直流电机驱动器、加载装置驱动控制器、按钮控制操作台、强电控制柜、用于传动箱试验台控制和软件信号调理的主站PLC系统以及用视窗管理软件编制的传动箱试验台控制系统，直流电机和被检测传动箱均通过连接器与扭矩检测仪连接，加载装置通过连接器与被检测传动箱连接，扭矩检测仪信号传入信号检测控制柜中，被检测传动箱检测到的信号传入信号检测控制柜中，被检测传动箱和液压站连接，强电控制柜和加载装置驱动控制器连接，直流电机驱动器、加载装置驱动控制器、按钮控制操作台和信号检测控制柜均与数据总线I连接，主站PLC系统与数据总线I连接，传动箱试验台控制系统通过数据总线II与主站PLC系统连接，信号检测控制柜与检测各种物理量的传感器连接，软件信号调理由软件信号调理器系统完成，该系统可用任何计算机系统编制，其基本原理为：

把信号源的信号连接到设备模拟量输入端→模数转换器采集数据→做为处理程序的输入变量X→设置一个RC时间常数K→计算参数K1＝1/K和K2＝1-K1→编制一个无限循环程序做下列公式运算：Y＝X*K1+Y1*K2的函数→Y1＝Y，其中X是被检测的物理量的输入信号，Y是Y＝X*K1+Y1*K2计算后的结果，也就是信号经过RC电路滤波以后的输出结果，Y1是上一次的运算结果Y，首次计算Y1＝0，Y1＝Y不是一个等式，而是一个赋值语句，就是把本次运算结果赋值给上一次的变量里，K是代表物理量RC的时间系数，它代表上述无限循环程序的单次执行时间*K就是真正的物理量RC的时间系数，X是它的输入信号，Y是它的输出信号，上述所有的变量都是双精度浮点数，所有的运算都是双精度浮点运算→循环运行程序→随时采样当时的输出结果Y→将输出结果Y传输至传动箱试验台控制系统。

2.根据权利要求1所述的一种传动箱试验台，其特征是：加载装置为电涡流测功机。

3.根据权利要求2所述的一种传动箱试验台，其特征是：加载装置驱动控制器为PLC及电涡流测功机驱动控制器。

4.根据权利要求1所述的一种传动箱试验台，其特征是：按钮控制操作台用PLC控制。

5.根据权利要求1所述的一种传动箱试验台，其特征是：数据总线I为PROFIBUS-DP总线，数据总线II为MPI总线。

6.一种在传动箱试验台中用软件进行信号调理的方法，其特征是：包括以下步骤：

把信号源的信号连接到设备模拟量输入端→模数转换器采集数据→做为处理程序的输入变量X→设置一个RC时间常数K→计算参数K1＝1/K和K2＝1-K1→编制一个无限循环程序做下列公式运算：Y＝X*K1+Y1*K2的函数→Y1＝Y，其中X是被检测的物理量的输入信号，Y是Y＝X*K1+Y1*K2计算后的结果，也就是信号经过RC电路滤波以后的输出结果，Y1是上一次的运算结果Y，首次计算Y1＝0，Y1＝Y不是一个等式，而是一个赋值语句，就是把本次运算结果赋值给上一次的变量里，K是代表物理量RC的时间系数，它代表上述无限循环程序的单次执行时间*K就是真正的物理量RC的时间系数，X是它的输入信号，Y是它的输出信号，上述所有的变量都是双精度浮点数，所有的运算都是双精度浮点运算→循环运行程序→随时采样当时的输出结果Y→将输出结果Y传输至传动箱试验台控制系统。