labview在美國的發(fā)展及應(yīng)用

labview在美國的發(fā)展及應(yīng)用

1基于軟件的儀器控制lab視圖是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程操作平臺(tái)的縮寫。這是1986年引入的一種革命性的圖形編程語言（gray），它創(chuàng)造了虛擬儀器控制的新領(lǐng)域。LabVIEW的目標(biāo)是簡(jiǎn)化程序的開發(fā)工作,讓工程師和科學(xué)家能夠充分利用PC機(jī)快速簡(jiǎn)潔的完成自己的工作。自1986年LabVIEW誕生至今,經(jīng)過十多年的發(fā)展,LabVIEW的功能日漸豐富和強(qiáng)大,可以廣泛應(yīng)用于自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)、工業(yè)過程自動(dòng)化、實(shí)時(shí)監(jiān)控、實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)仿真等各個(gè)領(lǐng)域。在美國幾乎所有院校、研究機(jī)構(gòu)都在使用LabVIEW,近年來LabVIEW被引入中國,國內(nèi)越來越多的研究單位在運(yùn)用LabVIEW進(jìn)行虛擬儀器的開發(fā)。使用者可以以一般的電腦搭配經(jīng)濟(jì)的硬件設(shè)備來建立自己的儀器控制系統(tǒng)。這些以軟件為核心的系統(tǒng)充分利用了電腦超強(qiáng)的運(yùn)算、呈現(xiàn)及連接能力,可以組成功能強(qiáng)且彈性大的儀控設(shè)備。使用者可以將資料采集,數(shù)據(jù)分析,儀器控制硬件以及現(xiàn)有的儀器設(shè)備予以整合集成,來建立完全符合自己特殊需求的虛擬儀控系統(tǒng)。傳統(tǒng)的儀器設(shè)備往往受限于制造商所付予的功能,虛擬儀表則可以當(dāng)作許多儀器設(shè)備來使用,例如,溫度監(jiān)控器,伏特計(jì),趨勢(shì)圖記錄器,示波器和頻譜分析儀等。LabVIEW所提出的“虛擬儀表”(VI)的概念。使那些基于軟件上建立起來的儀表能夠自由地組合起來,其操作面板與真實(shí)的儀表無異。一方面增加了硬件的靈活性;另一方面程序的編制是用塊圖來完成,而且是直接匯編為執(zhí)行碼,而無需其它語言或驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的參與。與其它“語言”相比,LabVIEW更為靈活和省時(shí),它有著專用的各種函數(shù)庫及數(shù)據(jù)處理與控制的開發(fā)工具。LabVIEW使用了一種稱為圖形化編程語言,即G語言(GraphicalProgrammingLanguage)的數(shù)據(jù)流編程模式,一種所見即所得的編程方式,它有別于基于文本語言的線性結(jié)構(gòu),不象C和Qbasic等語言受眾多的語法規(guī)則所限制,簡(jiǎn)單直觀,極大節(jié)省程序開發(fā)時(shí)間。在LabVIEW中執(zhí)行程序的順序是由塊之間的數(shù)據(jù)流決定的,而不是傳統(tǒng)文本語言的按命令行次序連續(xù)執(zhí)行的方式。LabVIEW中包含了豐富的函數(shù)及子程序庫,如數(shù)據(jù)信號(hào)處理、概率統(tǒng)計(jì)、線性代數(shù)以及濾波、加窗等子程序,還包括了GPIB、VXI、PLC及串行儀器控制子程序。通過它所提供的各種函數(shù)、子程序,可以實(shí)現(xiàn)硬件系統(tǒng)的軟化,設(shè)計(jì)符合用戶要求的測(cè)試控制系統(tǒng)。LabVIEW還提供了較簡(jiǎn)單、方便、直觀的程序調(diào)試環(huán)境,使用者可以較方便地找到錯(cuò)誤所在的位置以及原因,還可以使用探針查看任意位置的結(jié)果。此外,該平臺(tái)還提供了觀察程序執(zhí)行流程的調(diào)試方法,用戶可以清楚地看到數(shù)據(jù)的流動(dòng)層次以及中間結(jié)果。LabVIEW提供了大量的數(shù)據(jù)采集子程序,這些子程序從簡(jiǎn)單到高級(jí),可以提供給用戶使用。簡(jiǎn)言之,LabVIEW功能強(qiáng)大、靈活方便。它與傳統(tǒng)編程語言又有著諸多相似之處,如,相似的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)流控制機(jī)構(gòu)、程序調(diào)試工具等,但二者最大的區(qū)別在于:傳統(tǒng)編程語言是用文本語言編程,而LabVIEW用圖形語言(即,各種圖標(biāo)、圖形符號(hào)、連線等)編程。用LabVIEW編程無需太多編程經(jīng)驗(yàn),界面非常直觀形象,都是工程師們熟悉的旋鈕、開關(guān)、圖形等,因此LabVIEW對(duì)于沒有豐富編程經(jīng)驗(yàn)的工程師們來說無疑是個(gè)極好的選擇。再者,LabVIEW也提供傳統(tǒng)程序語言(如C語言)的接口,對(duì)于其自身不易或不擅長(zhǎng)完成的任務(wù),可通過利用其它編程語言來實(shí)現(xiàn),從而最終增強(qiáng)了LabVIEW的整體功能。2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件組成我們應(yīng)用LabVIEW對(duì)汽車制動(dòng)管道進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。主要讓LabVIEW完成控制信號(hào)的產(chǎn)生,即產(chǎn)生階躍等控制信號(hào);實(shí)現(xiàn)A/D數(shù)據(jù)采集;文件存儲(chǔ)、曲線打印等數(shù)據(jù)處理等功能。汽車ABS制動(dòng)管道動(dòng)態(tài)測(cè)試主要是對(duì)汽車制動(dòng)管道的四個(gè)測(cè)壓點(diǎn)的壓力的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行測(cè)試。測(cè)壓點(diǎn)為:閥出口(硬管進(jìn)口)、長(zhǎng)硬管出口(軟管進(jìn)口)、軟管出口(盤式制動(dòng)器進(jìn)口)、鼓式制動(dòng)器進(jìn)口。再增加控制電壓Ui和輸出電流Ii兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)。針對(duì)以上任務(wù)設(shè)計(jì)如圖1所示的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集及控制的過程是:先使用LabVIEW來控制數(shù)據(jù)采集卡Axiom5412-HG產(chǎn)生一個(gè)階躍控制信號(hào),即讓數(shù)據(jù)采集卡對(duì)本研究室研制的常開型電液比例壓力控制閥的電磁鐵線圈輸出一個(gè)控制電壓,經(jīng)過放大器轉(zhuǎn)化成電流以控制電磁鐵線圈的開合,進(jìn)而控制比例閥的開口太小,以達(dá)到控制閥的出口壓力的目的。然后將制動(dòng)管道上的各壓力傳感器上的電壓信號(hào)從數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸入通道讀入計(jì)算機(jī)。并且將當(dāng)時(shí)得到的數(shù)據(jù)用LabVIEW繪制成曲線顯示出來,使用LabVIEW軟件的文件I/O功能將數(shù)據(jù)保存到硬盤上,以便今后對(duì)汽車制動(dòng)管道的動(dòng)態(tài)性能分析。從圖1可以看出數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由以下幾個(gè)部分組成:計(jì)算機(jī)、LabVIEW軟件、數(shù)據(jù)采集卡、傳感器、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、硬件接口和連接電纜。其中計(jì)算機(jī)為L(zhǎng)abVIEW軟件運(yùn)行提供特定環(huán)境,在虛擬儀器LabVIEW軟件的支持下成為過程通信、數(shù)據(jù)采集與分析的處理中心;信號(hào)由傳感器拾取,經(jīng)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀,由數(shù)據(jù)采集卡在軟件的控制下被采樣,再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換被計(jì)算機(jī)加以保存或處理。從信號(hào)在系統(tǒng)的流向可以看出,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中LabVIEW軟件占主導(dǎo)地位。軟件支持使計(jì)算機(jī)具有信號(hào)采集控制、處理及結(jié)果輸出的能力。系統(tǒng)的核心功能是由其完成的,而硬件則為整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。其中:數(shù)據(jù)B——閥出口壓力;數(shù)據(jù)C——長(zhǎng)硬管出口壓力;數(shù)據(jù)D——軟管出口壓力;數(shù)據(jù)E——制動(dòng)器進(jìn)口壓力。3制動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)這里主要是研究制動(dòng)管道前后制動(dòng)壓力對(duì)電磁力FMEM的動(dòng)態(tài)響應(yīng),對(duì)電磁力的上升沿觸發(fā)研究,其中系統(tǒng)壓力PVV1為15MPa。動(dòng)態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的信號(hào)是控制比例放大器輸入電壓的開關(guān)信號(hào)和減壓閥的輸出壓力信號(hào)。該實(shí)驗(yàn)測(cè)試的是鼓式制動(dòng)系統(tǒng),其細(xì)長(zhǎng)制動(dòng)管道由制動(dòng)硬管和制動(dòng)軟管組成,內(nèi)徑均為3.2mm,外徑為4.8mm。制動(dòng)管長(zhǎng)是指硬管與軟管的總長(zhǎng)。被試管軟管長(zhǎng)113mm,壁厚=0.8mm。制動(dòng)管道長(zhǎng)PL=3.54mm,制動(dòng)壓力從15MPa到0MPa的階躍響應(yīng)。圖2為實(shí)驗(yàn)所得曲線。從圖中的壓力曲線可知,電磁力上升沿觸發(fā)時(shí),壓力下降。制動(dòng)管道出口端壓力滯后于制動(dòng)器進(jìn)口端,其中壓力滯后時(shí)間約為5ms,兩軟管之間的壓力滯后時(shí)間約為1ms,制動(dòng)容腔壓力過渡到穩(wěn)態(tài)時(shí)調(diào)整時(shí)間約為45ms。由此可見軟管對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能影響不大。4計(jì)