利用labview為風(fēng)機(jī)系統(tǒng)控制軟件測(cè)試開(kāi)發(fā)硬件在環(huán)仿真器
概述：使用NI TestStand、LabVIEW實(shí)時(shí)模塊、LabVIEW FPGA模塊和NI PXI平臺(tái)創(chuàng)建用于西門(mén)子風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的嵌入式控制軟件發(fā)布的硬件在環(huán)（HIL）測(cè)試系統(tǒng)。
由于我們的軟件定期發(fā)布控制器的軟件新版本，我們需要測(cè)試軟件，驗(yàn)證這些軟件將會(huì)在風(fēng)力站的環(huán)境下可靠執(zhí)行。在每個(gè)軟件發(fā)布時(shí)，我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)使用軟件之前，需要先在工廠接受性能測(cè)試。這個(gè)全新的測(cè)試系統(tǒng)讓我們能夠自動(dòng)化這個(gè)流程。
從過(guò)去系統(tǒng)中學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)
我們之前的測(cè)試系統(tǒng)是在10年前開(kāi)發(fā)的，它基于另一個(gè)軟件環(huán)境和PCI數(shù)據(jù)采集板卡。測(cè)試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)和性能無(wú)法滿足我們對(duì)全新的測(cè)試時(shí)間和擴(kuò)展性的需求。維護(hù)也十分困難，并且不能自動(dòng)化完成有效的測(cè)試。它還缺乏對(duì)測(cè)試結(jié)果自動(dòng)生成文檔和測(cè)試的可跟蹤性，不提供所需的遠(yuǎn)程控制功能。此外，過(guò)去的HIL測(cè)試環(huán)境不支持多核處理，因此我們無(wú)法利用新多核處理器的計(jì)算能力。
未來(lái)系統(tǒng)的決定
在評(píng)價(jià)可用的技術(shù)之后，我們選擇了LabVIEW軟件和基于PXI的實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA）硬件，開(kāi)發(fā)我們?nèi)碌臏y(cè)試解決方案。我們相信這個(gè)技術(shù)會(huì)帶來(lái)靈活性和可擴(kuò)展性，滿足我們未來(lái)的技術(shù)需求。同時(shí)，我們從NI提供的服務(wù)與產(chǎn)品質(zhì)量中，建立了對(duì)解決方案的信心。
由于我們?cè)跍y(cè)試內(nèi)部系統(tǒng)中并沒(méi)有深入的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，我們將開(kāi)發(fā)外包給位于丹麥的CIM Industrial Systems A/S公司。我們選擇CIM Industrial Systems A/S是因?yàn)樗麄兙哂袦y(cè)試工程能力和歐洲多的LabVIEW認(rèn)證架構(gòu)師。CIM成功開(kāi)發(fā)了這個(gè)項(xiàng)目，我們對(duì)得到的服務(wù)感到十分高興。
靈活的實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
全新的測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)在LabVIEW實(shí)時(shí)模塊系統(tǒng)中，運(yùn)行組件仿真模型，仿真實(shí)時(shí)風(fēng)機(jī)組件的行為，為被測(cè)系統(tǒng)提供仿真信號(hào)。

圖2：西門(mén)子風(fēng)力測(cè)試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)
主計(jì)算機(jī)包含直觀的LabVIEW用戶(hù)圖形界面，能夠方便地通過(guò)在面板中移動(dòng)組件進(jìn)行調(diào)整。Windows操作系統(tǒng)應(yīng)用程序與兩個(gè)不兼容實(shí)時(shí)任務(wù)的外部?jī)x器進(jìn)行通信。

圖3：主計(jì)算機(jī)具有直觀的LabVIEW用戶(hù)圖形界面。
在主計(jì)算機(jī)上的軟件通過(guò)以太網(wǎng)與位于PXI-1042Q機(jī)箱中的LabVIEW實(shí)時(shí)目標(biāo)進(jìn)行通信。LabVIEW實(shí)時(shí)模塊運(yùn)行通常包含20到55個(gè)并行執(zhí)行的仿真DLL的仿真軟件。這個(gè)解決方案能夠調(diào)用使用幾乎所有建模環(huán)境開(kāi)發(fā)的用戶(hù)模型，例如NI LabVIEW控制設(shè)計(jì)與仿真模塊、The MathWorks, Inc. Simulink?軟件或是ANSI C代碼。我們仿真循環(huán)的典型執(zhí)行速率是24 ms，為滿足未來(lái)處理能力擴(kuò)展需求提供了大量裕量。
用于定制風(fēng)力渦輪協(xié)議和傳感器仿真的FPGA板卡
由于缺少現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，在風(fēng)機(jī)中使用的定制通信協(xié)議很多。使用基于NI PXI-7833R FPGA多功能RIO模塊和LabVIEW FPGA模塊，我們能夠與這些協(xié)議進(jìn)行通信并仿真。除了協(xié)議交互之外，我們使用這個(gè)設(shè)備仿真磁性傳感器和三相電壓電流仿真。其他的FPGA板卡與NI 9151R系列擴(kuò)展機(jī)箱連接，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)通道數(shù)。
全新測(cè)試系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
相比上一代解決方案有許多優(yōu)點(diǎn)。由于系統(tǒng)的模塊化特性，進(jìn)行改進(jìn)、修改和進(jìn)一步開(kāi)發(fā)十分簡(jiǎn)單。被測(cè)系統(tǒng)可以在無(wú)需測(cè)試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)任何變化的情況下進(jìn)行快速替換。遠(yuǎn)程控制功能和系統(tǒng)的簡(jiǎn)單復(fù)制讓我們能夠在需要進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，靈活地將系統(tǒng)復(fù)制到其他站點(diǎn)。
仿真器為環(huán)境提供了在實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證新軟件發(fā)布和測(cè)試特殊解決方案的能力。它還給了我們測(cè)試我們正在研究的新技術(shù)和新概念的工具。

NI TestStand 成果斐然
新的功能測(cè)試系統(tǒng)協(xié)助我們?cè)诰o迫的時(shí)間壓力下完成工作，將新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)從概念階段帶入制造階段。NI TestStand 為我們的 LabVIEW 測(cè)試模塊制造了一個(gè)模塊化、可重復(fù)使用的測(cè)試架構(gòu)，NI TestStand 對(duì)我們來(lái)說(shuō)非常實(shí)用。從的角度來(lái)看，我們現(xiàn)在可以在的短時(shí)間內(nèi)就開(kāi)發(fā)完成測(cè)試系統(tǒng)，因?yàn)榕c軟硬件開(kāi)發(fā)有關(guān)的大部分風(fēng)險(xiǎn)都被移除了。我們初期的訓(xùn)練投資成本也因?yàn)殚_(kāi)發(fā)這個(gè)的時(shí)間縮短，而且收回了成本。在未來(lái)的開(kāi)發(fā)中，因?yàn)槲覀兊墓こ處熞呀?jīng)習(xí)慣使用這些工具，所以我們預(yù)期開(kāi)發(fā)的時(shí)間會(huì)縮短 30 %。

擷取的資料暫時(shí)儲(chǔ)存在CompactRIO 的內(nèi)部快閃硬碟中，然后透過(guò)無(wú)線連結(jié)自動(dòng)下載到主要伺服器中，資料在主要伺服器中處理、與更多復(fù)雜的警報(bào)參數(shù)比較，然后儲(chǔ)存在資料庫(kù)中。如果無(wú)法無(wú)線連結(jié)到伺服器時(shí)，使用者可以透過(guò)短程、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無(wú)線連結(jié)(使用者靠近機(jī)器鏟以建立連結(jié)) 連上并手動(dòng)下載資料；接上乙太網(wǎng)路連接線，或是在CompactRIO的USB 插槽上插入隨身碟，資料便會(huì)自動(dòng)上傳。<0}
資料一旦處理儲(chǔ)存好了，就可以供下列之用：使用者視覺(jué)化、分析、手動(dòng)處理，以及在伺服器上進(jìn)行趨勢(shì)管理，或是有網(wǎng)路可存取資料庫(kù)的電腦，也可進(jìn)行趨勢(shì)管理。所有的組態(tài)、資料移轉(zhuǎn)、處理、視覺(jué)化與分析軟體都充分內(nèi)建在LabVIEW 里。

使用LabVIEW 與DAQ 監(jiān)控人體于動(dòng)態(tài)平臺(tái)上的擺動(dòng)
概述：使用NI LabVIEW軟體搭配N(xiāo)I資料擷取(DAQ)硬體建構(gòu)平臺(tái)，其表面具備122組應(yīng)力感測(cè)電阻器(FSR)并能以200 Hz進(jìn)行取樣，以量測(cè)人體擺動(dòng)與平衡的控制情形。

人體即使在直立時(shí)，亦需隨時(shí)保持著穩(wěn)定性。人體整合多種機(jī)制，才能避免身體在靜、動(dòng)態(tài)的條件下跌倒。測(cè)力板(Force platform) 與Stabilogram 均為量測(cè)、量化人體平衡度的標(biāo)準(zhǔn)。另根據(jù)時(shí)間概念而搜集壓力中心(COP)，以呈現(xiàn)姿勢(shì)控制的結(jié)果?；旧鲜且员砻嬷稳梭w中心，再垂直投射相關(guān)應(yīng)力。主機(jī)電腦將根據(jù)FSR 的訊號(hào)而執(zhí)行一系列的計(jì)算作業(yè)，以取得COP (如圖1)。

圖1. 負(fù)責(zé)計(jì)算人體足部擺動(dòng)的程式圖區(qū)塊
大多數(shù)的姿勢(shì)與平衡計(jì)量技術(shù)，均是主動(dòng)操作姿勢(shì)或平衡狀態(tài)，再計(jì)算出人體的反應(yīng)。在此系統(tǒng)中，我們是讓人體于不穩(wěn)定的支撐表面上保持平衡，達(dá)到自我反應(yīng)的效果。若讓人體站在可移動(dòng)的支撐表面上，亦可達(dá)到相同的變數(shù)。針對(duì)任何測(cè)試點(diǎn)，我們的平臺(tái)可達(dá)到不同方向的平衡紊亂(如圖2)。
在銜接儀器之后，此平臺(tái)可隨時(shí)追蹤人體COP 的移動(dòng)，再顯示各種狀態(tài)下的人體穩(wěn)定程度。此時(shí)如BOSU Balance Trainer 的動(dòng)態(tài)表面就極其重要，可完整補(bǔ)償姿勢(shì)控制器統(tǒng)，而模擬動(dòng)態(tài)條件。與僅能模擬靜態(tài)條件的靜態(tài)平臺(tái)相較，動(dòng)態(tài)表面更能呈現(xiàn)病理學(xué)方面的問(wèn)題。
儀器控制
此堅(jiān)固平臺(tái)的直徑為635 mm，非平面的圓頂直到動(dòng)態(tài)平臺(tái)之處均為柔軟材質(zhì)(如圖2)。另有薄薄一層FSR 排列為陣列，固定于平臺(tái)之上。我們另于平臺(tái)之上安裝感測(cè)器，以捕捉不同的站立姿勢(shì)，并達(dá)到更大的儀控面積(如圖2)。此系統(tǒng)好能盡量減少各種限制。

使用LabVIEW測(cè)量?jī)?nèi)燃機(jī)氣缸壓力
概述：基于LabVIEW軟件控制的DAQ板卡，開(kāi)發(fā)出OPTIMIZER——一款靈活、經(jīng)濟(jì)的基于PC的氣缸壓力測(cè)量分析系統(tǒng)。

背景
內(nèi)燃機(jī)的性能，取決于許多因素。對(duì)于給定壓縮比的情況，佳馬力和發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩會(huì)出現(xiàn)在以下情況：
? 每個(gè)氣缸的進(jìn)氣口和進(jìn)氣閥的進(jìn)氣量均達(dá)到大
? 燃料/空氣處于適當(dāng)比例
? 燃料和空氣充分混合
? 調(diào)整點(diǎn)火提前量，避免初始爆震
由于是燃料/空氣混合物的燃燒產(chǎn)生的壓力產(chǎn)生了發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩和動(dòng)力，所以在發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)中重要的檢查參數(shù)就是在壓縮和做功沖程中的氣缸壓力大小及其定時(shí)。進(jìn)氣歧管的臺(tái)架測(cè)試是在恒流情況下記錄一定壓降下的氣流情況。但當(dāng)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上后，進(jìn)氣歧管的氣流就變成了受活塞運(yùn)動(dòng)、進(jìn)氣閥面積、氣閥定時(shí)和重疊時(shí)間以及流道形狀影響的非恒流過(guò)程。這些參數(shù)的共同作用，往往會(huì)導(dǎo)致多缸發(fā)動(dòng)機(jī)不同氣缸進(jìn)氣差異。
優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能的步就是設(shè)計(jì)進(jìn)氣歧管和氣閥系以大限度的給每一個(gè)氣缸提供等量空氣。對(duì)于給定的壓縮比和進(jìn)氣口溫度，操作者可以通過(guò)測(cè)量點(diǎn)火之前壓縮沖程中的氣缸壓力來(lái)獲得進(jìn)氣信息。因?yàn)橛蜌饣旌衔锏娜紵且粋€(gè)復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程，牽涉到很多氣缸的幾何因素以及其它因素，如油氣混合情況、汽油辛烷值、燃料當(dāng)量比、發(fā)動(dòng)機(jī)溫度、空氣溫度和濕度，以及點(diǎn)火時(shí)間等—— 調(diào)整這些參數(shù)，以獲得佳的性能，將是一個(gè)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。
通過(guò)觀察氣缸壓力測(cè)量值以及峰值壓力相對(duì)活塞頂死中心（Top-dead-center, TDC）的位置，發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)人員可以迅速將發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)校到佳性能。由燃燒質(zhì)量分?jǐn)?shù)可見(jiàn)，對(duì)于大多數(shù)傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)而言，如果峰值壓力出現(xiàn)在TDC之后12到15度，并且燃燒發(fā)生在TDC附近的等容階段時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)將表現(xiàn)出佳性能。但在給定壓縮比和燃油辛烷值情況下，為了達(dá)到佳性能所采取的點(diǎn)火提前可能會(huì)因?yàn)閲?yán)重的火花爆擊現(xiàn)象而導(dǎo)致氣閥過(guò)熱。因此，在性能優(yōu)化過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)人員需要檢測(cè)TDC之后的10和40度之間火花爆擊的氣缸壓力。如果檢測(cè)到爆震，點(diǎn)火提前取消，以避免活塞受損。
使用LabVIEW和PXI定位飛行過(guò)程中飛機(jī)的噪聲源
概述：基于NI LabVIEW軟件搭建一個(gè)應(yīng)用程序，并使用NI PXI硬件從布置在跑道上的相位麥克風(fēng)陣列采集數(shù)據(jù)。

研究客機(jī)上的噪聲源
為了能開(kāi)發(fā)出更為安靜的客機(jī)，我們定位所有的噪聲源，以加強(qiáng)我們對(duì)噪音生成原理的認(rèn)識(shí)。在開(kāi)發(fā)一架飛機(jī)時(shí)，我們可以通過(guò)數(shù)值分析和模型測(cè)試預(yù)測(cè)噪音等級(jí)。然而，實(shí)際飛機(jī)噪音的屬性和特性只能在實(shí)際飛行測(cè)試中才能獲得。利用聲音波束成形技術(shù)來(lái)定位噪音源是一種有效可行的方法。波束成形是一種使用定位噪聲源的方法，同時(shí)能獲得噪聲源的振幅。雖然我們?cè)贘AXA項(xiàng)目上小型模型飛機(jī)的風(fēng)洞測(cè)試和飛行測(cè)試中已經(jīng)發(fā)展并改進(jìn)了這項(xiàng)技術(shù)，但還未曾將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際飛行的飛機(jī)中。2009年，我們擁有了一架小型Mitsubishi MU-300 Diamond商務(wù)機(jī)。2010年，我們開(kāi)始在跑道上設(shè)置了相位麥克風(fēng)陣列，通過(guò)噪聲源定位測(cè)量來(lái)驗(yàn)證我們現(xiàn)有的技術(shù)，并找到可以提高的空間。
相位麥克風(fēng)陣列的測(cè)量
相位陣列包含了許多麥克風(fēng)，分布在一個(gè)大直徑的范圍上。利用噪聲源的聲波到達(dá)每個(gè)麥克風(fēng)時(shí)間的微小差別，我們可以估算出每個(gè)噪聲源的位置和強(qiáng)度。在這個(gè)測(cè)試中，我們?cè)O(shè)計(jì)了相位陣列來(lái)辨識(shí)飛行于120米高度的飛機(jī)上兩個(gè)相距4米的1kHz音頻信號(hào)。這個(gè)相控陣列包含了99個(gè)麥克風(fēng)，分布在一個(gè)直徑30米的圓形區(qū)域上。
飛行中的噪聲源定位測(cè)試包括飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài); 聲覺(jué)測(cè)量，以及飛機(jī)飛過(guò)相位陣列時(shí)的位置、高度和速度。因?yàn)轱w機(jī)產(chǎn)生的噪音在傳輸?shù)降孛纣溈孙L(fēng)的過(guò)程中會(huì)被大氣削弱，因此我們還需要記錄氣象數(shù)據(jù)，例如風(fēng)向、速度、溫度和濕度。