使用LabVIEW搭建用于鐵路車輪軌道接觸研究的測試平臺虛擬儀器

使用LabVIEW搭建用于鐵路車輪軌道接觸研究的測試平臺虛擬儀器

 北京瀚文網(wǎng)星科技有限公司

我們根據(jù)我們的理論知識對車輪/軌道接觸進行實驗研究，并為此搭建了一個測試臺。測試臺的主要目的是獲得接觸點偽滑（縱向、橫向和旋轉(zhuǎn)）與預(yù)置前進速度所產(chǎn)生的力（垂直、橫向和縱向）之間的關(guān)系曲線圖。從機械和儀器的角度來看，我們需要開發(fā)特定的測試臺，再現(xiàn)和監(jiān)測這些條件。目前，市場上沒有解決方案能夠配置這些條件。

測試臺描述

為了以較低的成本再現(xiàn)所描述的測試條件，我們采取了一個解決辦法，用滾軸代替軌道，然后控制施加在接觸點的垂直作用力以及轉(zhuǎn)動速度。因此，測試臺必須精確地測量和控制這兩個參數(shù)。此外，我們必須在整個測試過程中保持穩(wěn)定的垂直負荷。

以下是系統(tǒng)間接控制的其他參數(shù)：

·         縱向偽滑直接取決于兩個滾軸之間轉(zhuǎn)速差。我們維持其中一根滾軸的轉(zhuǎn)速在恒定水平，控制另一根滾軸的制動，從而控制兩根滾軸之間的轉(zhuǎn)速差。同時也需要精確測量兩根滾軸之間的速度差。

·         橫向偽滑是指兩根滾軸之間的攻角，相當于軌道通過曲線上的位置，偽滑隨著攻角的變化而變化。因此，測試臺必須不斷地調(diào)整攻角值。

·         旋轉(zhuǎn)偽滑與接觸點兩個表面上形成的角度直接相關(guān)。改變旋轉(zhuǎn)偽滑的*方法是改變至少其中一根滾軸的幾何形狀。

我們根據(jù)這些需求設(shè)計了測試臺（如圖1所示）。測試臺由兩臺69千瓦發(fā)動機組成。其中一臺發(fā)動機作為牽引發(fā)動機，另一臺作為制動發(fā)動機，兩臺發(fā)動機均設(shè)置為高動態(tài)容量。為了減少電力消耗，兩臺發(fā)動機之間可再生。其中一臺發(fā)動機與充當車輪的滾軸相連接，另一臺與充當軌道的滾軸相連接。

垂直接觸負載通過一個氣動氣球施加，氣球起到懸架的作用，并在測試過程中保持負載穩(wěn)定性。系統(tǒng)測量實際接觸力相關(guān)的三個組件，誤差容限低于2％。兩根滾軸可以輕松置換，另外我們可以根據(jù)進行的測試調(diào)整每根滾軸的幾何形狀。而且，我們還可以改變滾軸相對于另一根滾軸的攻角。

測量和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

從機械的角度來看，測試臺包含了大量不同的控制參數(shù)。為了確保信號采集和信號控制時測試臺具有同樣的靈活性，我們選擇了CompactRIO和LabVIEW，根本原因如下：

·         CompactRIO和LabVIEWzui大程度地降低了采集和控制軟件的開發(fā)時間。我們當時只有不到三個月的時間來開發(fā)所有軟件，包括運行測試。

·         借助NI產(chǎn)品的靈活性，我們能夠在已完成的工作的基礎(chǔ)上滿足日益增加的儀器儀表需求。必要時，我們可以使用LabVIEW以非常低的開發(fā)成本來轉(zhuǎn)換平臺，比如轉(zhuǎn)換到PXI設(shè)備。

圖2所示的是測試臺上安裝的傳感器和執(zhí)行器以及簡要的整體架構(gòu)。 PROFIBUS負責(zé)執(zhí)行測試臺上兩臺發(fā)動機之間的通信。通過這個協(xié)議，我們可以得到更多關(guān)于發(fā)動機的有用信息。攻角由一個放大器輸出的PWM波控制，并通過一個同樣連接到PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)的編碼器進行高精度測量。

系統(tǒng)通過兩種獨立傳感器測量滾軸的速度，以獲得盡可能高的精度。CompactRIO的所有控制循環(huán)和通信均能夠以1 kS / s的速率實時實現(xiàn)。遠程控制點是基于執(zhí)行非關(guān)鍵操作的外部PC。

具體來說，我們使用的是連接有變形測定器、模擬和數(shù)字模塊和PROFIBUS（主設(shè)備/從設(shè)備）模塊的NI cRIO-9073集成系統(tǒng)，該系統(tǒng)配有用于擴展系統(tǒng)容量的插槽。由于我們能夠開發(fā)用于FPGA和CompactRIO實時處理器的代碼，因而能夠滿足控制和數(shù)據(jù)采集規(guī)范的要求。

快速的開發(fā)周期，靈活的系統(tǒng)

由于該研究項目的復(fù)雜性，我們需要一個靈活的測試臺。我們的開發(fā)時間和設(shè)備成本非常有限，主要是因為研究工作更多應(yīng)該是在比較理論和實驗結(jié)果，而不是在開發(fā)試驗臺上。從這一點來說，NI公司提供的硬件和軟件組合可以幫助我們加快開發(fā)速度。我們應(yīng)該花大量的時間在研究本身，而不是在開發(fā)實現(xiàn)上。我們只用了兩個月就完成了開發(fā)工作，比計劃提前了一個月，并在柏林舉行的InnoTrans2012鐵路大會上展出該測試臺。

北京瀚文網(wǎng)星科技有限公司，是一家以LabVIEW（虛擬儀器）為主要技術(shù)手段的開發(fā)公司，為您提供全套的系統(tǒng)集成服務(wù)，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、軟件開發(fā)、軟件與硬件的產(chǎn)品升級與改造。其服務(wù)領(lǐng)域包括：汽車、通信、航空、半導(dǎo)體、電子設(shè)計生產(chǎn)、過程控制和生物醫(yī)學(xué)等各領(lǐng)域。涵蓋了從研發(fā)、測試、生產(chǎn)到服務(wù)的產(chǎn)品開發(fā)所有階段。

      北京瀚文網(wǎng)星科技有限公司經(jīng)N認證，已正式成為NI聯(lián)盟合作伙伴，為您提供運動控制、電子設(shè)計、視覺和射頻以及無線等諸多領(lǐng)域的解決方案，技術(shù)咨詢以及資源整合。所提供服務(wù)確保符合NI產(chǎn)品認證和行業(yè)標準，更有效地使用NI資源，提供優(yōu)質(zhì)的NI產(chǎn)品及LabVIEW軟件服務(wù)。

    北京瀚文網(wǎng)星科技有限公司不但代理NI全系列產(chǎn)品，更為您提供LabVIEW軟件服務(wù)。在NI產(chǎn)品使用過程中，或者由于時間關(guān)系，或者NI產(chǎn)品本身功能比較復(fù)雜，導(dǎo)致工作無法順利開展。這些都可以交給我們來解決。我們不僅僅是代理，更為您提供技術(shù)解決方案。公司在設(shè)備開發(fā)與集成方面積累了豐富經(jīng)驗，為您提供完整的解決方案?？梢蕴峁┙Y(jié)構(gòu)設(shè)計、機械加工、有機玻璃設(shè)計與加工、電路設(shè)計、機箱選型、開孔與絲印、線纜及連接器選型與加工等服務(wù)。

    經(jīng)過多年的積累，目前北京瀚文網(wǎng)星科技有限公司產(chǎn)品已有多個品種，包括：防護時間測試儀、高速粒子沖擊試驗機、工業(yè)用*（人工肺）、氣密阻力測試儀、皮秒級時間間隔計數(shù)器、多通道移相信號源，從項目策劃階段，我們就會介入，一起討論，并提供我們的建議供參考。