4 軟件結(jié)構(gòu)及算法

（1）軟件結(jié)構(gòu)

發(fā)動機(jī)性能虛擬儀器測試系統(tǒng)總體采用一種基于TCP/IP協(xié)議的客戶機(jī)/服務(wù)器（CS）結(jié)構(gòu)。服務(wù)器架構(gòu)為NI cFP分布式I/O體系，利用其內(nèi)嵌的獨(dú)立式實(shí)時系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)參量的信號采樣，并完成對目標(biāo)參量的實(shí)時監(jiān)測和控制；客戶機(jī)則采用通用的PC機(jī)結(jié)構(gòu)，運(yùn)行 Windows 多線程操作系統(tǒng)，使用LabVIEW虛擬儀器平臺，借助TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)，與服務(wù)器之間控制參量及檢測數(shù)據(jù)的通信，并提供GUI圖形化用戶界面，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，完成控制參數(shù)的輸入，以及檢測數(shù)據(jù)的分析、運(yùn)算和圖表顯示。

系統(tǒng)操作流程為，上電后服務(wù)器自動啟動存儲器中內(nèi)建的LabVIEW RT實(shí)時程序，并實(shí)時偵聽客戶機(jī)“開始測試”的命令；客戶機(jī)開機(jī)運(yùn)行發(fā)動機(jī)性能虛擬儀器測試主程序，完成用戶登錄、硬件配置、選擇測試項(xiàng)目、設(shè)置測試參數(shù)后，啟動測試程序；服務(wù)器偵聽到客戶端“開始測試”命令后，按照客戶制定的硬件配置、測試項(xiàng)目以及測試參數(shù)開始實(shí)時控制與數(shù)據(jù)采集，并通過TCP/IP協(xié)議將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶機(jī)；客戶機(jī)發(fā)出PID控制命令，并對服務(wù)器發(fā)送的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，完成PID控制后，按照測試項(xiàng)目進(jìn)行測試，分析處理測試數(shù)據(jù)，并以圖表方式顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果；完成測試后，客戶機(jī)發(fā)出結(jié)束測試的命令，經(jīng)服務(wù)器接收確認(rèn)后，結(jié)束測試。

（2）PID控制算法

本系統(tǒng)試驗(yàn)了3種PID控制算法：位置式PID控制算法、增量式PID控制算法和積分分離PID控制算法。

1） 位置式PID控制算法

該算法的優(yōu)點(diǎn)是原理簡單，只是將經(jīng)典的PID算法理論離散化，運(yùn)用于計算機(jī)輔助測量，結(jié)構(gòu)簡單易于實(shí)現(xiàn)；缺點(diǎn)是每次輸出均與過去的狀態(tài)有關(guān)，計算時要對e（k）進(jìn)行累加，計算機(jī)運(yùn)算工作量大；而且，因?yàn)橛嬎銠C(jī)輸出的u（k）對應(yīng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，如計算機(jī)出現(xiàn)故障，u（k）的大幅度變化會引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的大幅度變化。

2） 增量式PID控制算法

該算法的優(yōu)點(diǎn)是，由于計算機(jī)輸出增量，誤動作時影響小，必要時可以用邏輯判斷的方法去掉；手動/自動切換時沖擊小，便于實(shí)現(xiàn)無擾動切換，此外當(dāng)計算機(jī)發(fā)生故障時，由于輸出通道或執(zhí)行裝置具有信號的鎖存作用，故仍能保持原值；算式中不需要累加。控制增量Δu（k）的確定，僅與最近k次的采樣值有關(guān)，所以較容易通過加權(quán)處理而獲得比較好的控制效果。增量式控制也有不足之處：積分截斷效應(yīng)大，有靜態(tài)誤差；溢出的影響大。

3）積分分離PID控制算法

5 結(jié) 論

該發(fā)動機(jī)性能虛擬儀器測試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對發(fā)動機(jī)的多路壓力、扭矩、轉(zhuǎn)速、功率以及溫度實(shí)時監(jiān)測，并利用TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)主控機(jī)對多路信號的遠(yuǎn)程操控以及測試數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)共享；該系統(tǒng)具有測量精度高、運(yùn)行穩(wěn)定性強(qiáng)，適用于多種類型發(fā)動機(jī)綜合性能測試。