发动机、液压泵、液压马达综合测试台开发与研究

摘要

传统的液压测试台多以电机作为动力，液压元件测试与发动机割裂开来。发动机测试需要单独设置测试台，既造成了资源浪费又无法测试发动机与液压元件的性能匹配情况。本文探讨发动机、液压泵、液压马达综合测试技术，研发了功能强大、应用范围广的综合测试台。
　　发动机、液压泵、液压马达综合测试台，以发动机作为动力元件为液压系统提供动力，液压泵将发动机的机械能转化为液压油的压力能驱动液压系统，液压马达将液压油压力能转化为机械能对外界做功，加载模块对液压泵、液压马达加载，负载反作用于发动机。通过控制发动机油门提供测试所需转速和功率，按要求控制负载压力即可进行综合测试。相比于传统的电动机作为动力元件，发动机可以真实的反应液压元器件在工程机械环境下的性能状况，而且可以反应它们共同工作的匹配情况，测试结果更加可靠。同时把发动机作为检测对象，提高测试真实度的同时又节解决了发动机单独测试资源浪费的问题。
　　综合测试台设计主要包括三个部分:液压系统设计、试验台架设计及控制系统设计。通过发动机油门控制，调节发动机转速、功率准确、快速响应测试要求，以实现不同工况的稳定、可靠测试是试验准确度和可靠性的重要保障。在变论域模糊PID模型下利用柔性多面体搜索算法进行PID参数最优调节，可实现高精度发动机转速、功率控制。配合PID控制器调节发动机油门位置，实行发动机油门双闭环控制，控制精度高响应速度快。综合测试系统的测控精度和自动化控制水平直接影响试验的可靠性。基于虚拟仪器技术的数据采集系统和工控上位机系统设计，利用计算机强大的逻辑计算和数据处理功能提高了测试的精确性。利用PLC强大的功能和丰富的控制模块进行工控下位机设计提高了控制的稳定性和自动化水平。
　　本文在综合测试技术理论研究的基础上设计出发动机、液压泵、液压马达综合测试台。主要进行了液压系统和台架方案设计，发动机油门控制系统设计和控制算法研究，电气控制系统硬件选型和程序设计，基于LabVIEW的工控上位机系统设计和虚拟仪器数据采集系统设计。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的目的和意义

1．2 发动机和液压测试技术国内外研究现状

1．3 基于LabVIEW虚拟仪器的CTA测试技术

1．4 课题研究的主要内容

第二章 发动机、液压泵、液压马达综合测试系统设计和分析

2．1 发动机、液压泵、液压马达试验分析

2．1．1 发动机的测试项目

2．1．2 液压泵的测试项目

2．1．3 液压马达的测试项目

2．2 发动机、液压泵、液压马达的性能参数计算

2．2．1 发动机性能参数的计算

2．2．2 液压泵性能参数的计算

2．2．3 液压马达性能参数的计算

2．3 发动机、液压泵、液压马达综合试验台液压系统设计

2．3．1 液压站设计

2．3．2 发动机、液压泵、液压马达综合试验台液压系统设计

2．3．3 发动机、液压泵、液压马达综合测试系统匹配研究

2．3．4 系统元件选型

2．4 综合测试台架设计

2．4．1 发动机试验台架设计

2．4．2 液压马达试验台设计

2．5 本章小结

第三章 发动机油门控制系统设计

3．1 发动机油门控制系统总体设计

3．2 发动机油门控制系统数学模型

3．2．1 柴油机数学模型

3．2．2 电机执行器数学模型

3．3 发动机油门控制系统算法研究

3．3．1 PID控制器的原理与算法

3．3．2 模糊控制的原理与算法

3．3．3 柔性多面体搜索算法

3．3．4 优化因子变论域模糊PID控制

3．4 发动机油门控制仿真分析

3．5 本章小结

第四章 电气控制系统设计

4．1 电气控制系统总体设计

4．2 电气控制系统元件选型

4．2．1 传感器的选型

4．2．2 扭矩转速仪

4．2．3 数据采集卡

4．2．4 比例放大器

4．3 电气控制系统信号分析

4．3．1 液压站电气控制系统信号

4．3．2 液压泵电气控制系统信号

4．3．3 液压马达电气控制系统信号

4．3．4 发动机电气控制系统信号

4．3．5 控制信号和采集信号地址分配

4．4 PLC控制系统设计

4．4．1 PLC的选型

4．4．2 PLC控制程序设计

4．5 抗干扰措施

4．6 本章小结

第五章 上位机软件设计

5．1 LabVIEW上位机开发平台

5．2 综合试验台测试流程设计和软件程序流程设计

5．3 综合试验台测试系统功能模块设计

5．3．1 主程序模块设计

5．3．2 数据采集模块设计

5．3．3 与PLC通讯模块设计

5．3．4 数据管理模块设计

5．3．5 远程通讯模块设计

5．3．6 油门控制程序

5．4 系统界面设计

5．4．1 登录界面设计

5．4．2 参数设置界面设计

5．4．3 控制界面设计

5．4．4 发动机测试界面设计

5．4．5 液压泵、马达测试界面设计

5．5 本章小结

第六章 系统建模仿真与应用分析

6．1 系统仿真平台AMESim

6．2 发动机模型

6．3 发动机、液压泵联合测试建模和仿真

6．4 液压马达测试建模和仿真

6．5 应用分析

6．5．1 发动机性能测试结果分析

6．5．2 液压泵性能测试结果分析

6．5．3 液压马达性能测试结果分析

6．6 本章小结

总结与展望

一、总结

二、展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

声明

致谢