以下文章小编为您整理的基于虚拟仪器的多点随机振动试验控制系统的设计，本文共6篇，供大家阅读。
篇1：基于虚拟仪器的多点随机振动试验控制系统的设计
应用方案：使用NI公司的LabWindows/CVI软件配合动态信号分析卡NI-4551和动态数据采集卡NI-4472以及其他硬件快速开发一个基于PC的多点随机振动试验控制系统。
使用的产品：LabWindows/CVI，NIPCI-4551，BNC-2140，NIPCI-4472。
介绍
多点激励振动试验控制技术是对大型复杂试件开展可靠性和环境试验的关键技术，对产品可靠性的考核有着重要的意义。本文将给出多点随机振动试验的控制方案和控制系统的设计方案，在LabWindows/CVI平台上结合NIPCI-4551和NIPCI-4472板卡开发一个双振动台随机振动控制系统，并进行了实际连台试验。试验结果表明：在一定试验条件下，本文给出的控制方案是可行的，且所设计的控制系统具有较好的控制结果，达到了试验规范要求。
引言
随着对产品设备安全性、可靠性和环境适应性要求的不断提高，推动了考核产品耐振动应力的振动试验技术的发展，同时被试产品覆盖面也进一步扩宽，从元器件到部件、组合件乃至整机都要求进行振动试验，以便在更高层次上充分暴露大系统可能存在的薄弱环节和设计缺陷。
随着被试产品结构复杂化，体积大型化及产品重型化，单点激励振动试验已不能提供足够的推力或是达到特定的运动水平来较真实地模拟产品实际工作环境，并达到规定的试验要求。而国军标、美军标及其它许多国际标准对振动试验中的被试产品所施加应力都有严格要求，应使其尽量符合实际的产品工作环境，因此，对于无法用单点激励来形成的振动环境，则需要通过多点激励振动来解决。而目前在国内，多点激励振动控制技术还处于起步阶段，多点振动控制系统更是没有研制出来。本文将介绍多点随机振动试验控制技术和基于虚拟仪器技术的控制系统的设计开发，并对实际连台试验结果进行分析讨论，希望能够为多点激励振动控制技术的进一步研究奠定一个良好的基础。
系统设计
1、系统组成
系统由控制计算机、NIPCI-4551、NIPCI-4472、BNC-2140、功率放大器、电荷放大器、传感器、激振器、试件、夹具及连接电缆等组成（见图1）。系统使用仪器设备见表1。其基本工作原理为：控制计算机生成驱动信号由PCI-4551卡输出经功率放大器放大后给激振器来产生随机振动，同时由安装在试件（或夹具）上的加速度传感器拾振，经电荷放大器后通过PCI-4472采集输入到控制计算机，从而形成闭环控制。在实际试验过程中，由于外界干扰或系统特性的影响，控制过程应反复进行，以使控制点处的振动能够达到并保持试验规范要求。
图1系统组成框图
表1系统仪器设备使用列表
仪器名称
型号
使用数量
激振器
JZT-2
2个
功率放大器
TS5870
2个
电荷放大器
YE5857
2个
传感器
CA-YD-106
2个
DAQ板卡
NIPCI-4551
1块
DAQ板卡
NIPCI-4472
1块
控制计算机
PIV2.0G
1台
2、控制方案
随机振动试验目的是要求控制点的响应谱与参考谱在误差容许范围内保持一致。多点激励随机振动控制方案如图2所示。控制方案的第一步是由参考谱密度阵来得到下三角阵[Z]的初始值；第二步估计被控系统的频响特性矩阵[H]，对被控系统进行解耦得到解耦矩阵[A]，即控制器；第三步是利用[Z]的初始值，系统的解耦矩阵[A]及独立（不相关）白噪声频谱向量{W}开始试验。闭环控制的基本原理是白噪声源{W}通过下三角阵[Z]得到{X}，然后经过解耦矩阵[A]得到驱动信号频谱向量{D}，对其进行逆FFT变换得到时域驱动信号{d}，用驱动信号激励被控系统得到时域响应信号{c}，计算响应谱密度阵，利用和来修正下三角阵[Z]从而实现闭环控制。在进行闭环控制时，如果驱动谱密度矩阵是非奇异的，则可以利用驱动谱密度矩阵和响应谱密度矩阵来修正被控系统的频响特性矩阵[H]和解耦矩阵[A]。如果驱动谱密度阵是奇异的，则无法修正，不过可以根据控制误差大小来对解耦矩阵进行逐步部分修正。
3、控制软件设计
控制软件是整个控制系统的核心部分。其是在LabWindows/CVI平台上结合NI-DAQ及NI-4551和NI-4472卡开发的。LabWindows/CVI提供了控制软件开发所需的几个很关键的库――用于驱动数据采集卡完成数据输入输出的DAQ库和进行信号处理的高级分析库，且编程简单快捷，因此采用LabWindows/CVI作为本控制系统的.软件开发平台给整个控制软件的实现过程带来很大的方便。
控制软件主要由参数数据的输入和确认，随机振动试验的运行控制和试验信息及结果的显示、存储和打印输出等部分组成。试验运行控制部分包括系统自检、系统传递函数估计、闭环控制和开环试验部分。
本控制软件的关键是闭环控制模块的设计。闭环控制要考虑控制的实时性，驱动信号发送的连续性、同步性和响应信号采集的同步性。同步性由于采集卡本身特性基本能够满足，连续性可以通过双缓冲发送技术得到解决，对于闭环控制的实时性问题，解决办法是采用多线程技术，为了确保驱动信号的连续发送，则为其开辟一个线程，并设为主线程，配合双缓冲技术可以达到连续发送；为响应信号采集和处理及结果实时显示开辟两个线程。真随机试验闭环控制流程见图3。
从用户角度考虑，友好的人机界面是最重要的。控制软件需要显示的数据有试验信息、参考谱、控制谱、驱动谱、互谱相位及系统传递函数矩阵等。由于其中包括文本和图形显示方式，所以为了便于用户查看，采用多文档界面（MDI）。主界面如图4所示，其他参数设置界面及自检界面等采用对话框形式，由于参数设置界面太多，只给出参考谱参数设置界面（见图5）和公共参数设置界面（见图6）。
图3闭环控制流程图图图4控制软件主界面
图5参考谱参数设置界面
图6公共参数设置界面
结果分析
根据上文的控制方案设计了一个两点随机振动控制系统，并进行了实际连台试验，验证控制算法是否可行，并对结果进行了分析讨论。
1、开环试验结果及分析
开环试验不进行反馈修正。其试验结果可以用来考察解耦控制环节的设计好坏。图7所示的就是开环试验结果。从图中可以看出：被控系统的共振点处和反共振点处的试验结果较差。这说明被控系统在共振点处，很小的驱动都会产生很大的响应，而且在该处同频率的干扰或噪声会被放大，从而不好控制；对于反共振点来说，为了能够在这些频率点上达到试验要求，则驱动信号在对应的频率点上的能量较大。即使对本控制点不会产生太大的响应，也可能通过系统的耦合性使其他控制点在对应的频率点上产生很大的响应。
通过以上分析可以看出：对于实际系统，由于存在各种干扰或噪声，以及系统频响特性估计存在误差，所以只通过设计开环控制器（解耦矩阵）是很难达到试验规范要求的。因此，必须在开环试验的基础上加上反馈修正环节形成闭环控制，以此来不断修正控制偏差，从而达到试验要求。
2、闭环控制试验结果及分析
图8所示的是闭环控制试验结果。对比开环试验结果可以明显地看出：在开环试验中超差频段上的控制谱基本被修正到报警限范围内了。
通过对上述两点激励随机振动试验结果的分析可知，本文研究的控制方案是可行的，在一定的条件下可以得到较好的控制结果。
结论
由于LabWindows/CVI具有DAQ库和高级信号分析库等函数库，再结合NI-4551和NI-4472卡的优良性能，使得本人在设计开发时，把主要精力放在了控制方案和反馈修正算法的研究上，从而一旦确定了控制方案和算法就能很快设计出控制系统，然后进行实际的连台调试，验证控制算法的可行性，并发现问题改进算法，最终得到了较好的控制效果，满足了试验规范要求。因此，
虚拟仪器技术使得仪器设备的设计开发具有很强的灵活性和扩展性，而且缩短了开发周期和节省了开发费用。
篇2：基于虚拟仪器的多点随机振动试验控制系统的设计
基于虚拟仪器的多点随机振动试验控制系统的设计
应用领域：研发
挑战：设计并实现多点随机振动试验控制系统。
应用方案：使用NI公司的LabWindows/CVI软件配合动态信号分析卡NI-4551和动态数据采集卡NI-4472以及其他硬件快速开发一个基于PC的多点随机振动试验控制系统。
使用的产品：LabWindows/CVI，NI PCI-4551，BNC-2140，NI PCI-4472。
介绍
多点激励振动试验控制技术是对大型复杂试件开展可靠性和环境试验的关键技术，对产品可靠性的考核有着重要的意义。本文将给出多点随机振动试验的控制方案和控制系统的设计方案，在LabWindows/CVI平台上结合NI PCI-4551和NI PCI-4472板卡开发一个双振动台随机振动控制系统，并进行了实际连台试验。试验结果表明：在一定试验条件下，本文给出的控制方案是可行的，且所设计的控制系统具有较好的控制结果，达到了试验规范要求。
引言
随着对产品设备安全性、可靠性和环境适应性要求的不断提高，推动了考核产品耐振动应力的振动试验技术的.发展，同时被试产品覆盖面也进一步扩宽，从元器件到部件、组合件乃至整机都要求进行振动试验，以便在更高层次上充分暴露大系统可能存在的薄弱环节和设计缺陷。
随着被试产品结构复杂化，体积大型化及产品重型化，单点激励振动试验已不能提供足够的推力或是达到特定的运动水平来较真实地模拟产品实际工作环境，并达到规定的试验要求。而国军标、美军标及其它许多国际标准对振动试验中的被试产品所施加应力都有严格要求，应使其尽量符合实际的产品工作环境，因此，对于无法用单点激励来形成的振动环境，则需要通过多点激励振动来解决。而目前在国内，多点激励振动控制技术还处于起步阶段，多点振动控制系统更是没有研制出来。本文将介绍多点随机振动试验控制技术和基于虚拟仪器技术的控制系统的设计开发，并对实际连台试验结果进行分析讨论，希望能够为多点激励振动控制技术的进一步研究奠定一个良好的基础。
系统设计
1、 系统组成
系统由控制计算机、NI PCI-4551、NI PCI-4472、BNC-2140、功率放大器、电荷放大器、传感器、激振器、试件、夹具及连接电缆等组成（见图1）。系统使用仪器设备见表1。其基本工作原理为：控制计算机生成驱动信号由PCI-4551卡输出经功率放大器放大后给激振器来产生随机振动，同时由安装在试件（或夹具）上的加速度传感器拾振，经电荷放大器后通过PCI-4472采集输入到控制计算机，从而形成闭环控制。在实际试验过程中，由于外界干扰或系统特性的影响，控制过程应反复进行，以使控制点处的振动能够达到并保持试验规范要求。
图1 系统组成框图
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篇3：小卫星随机振动试验和噪声试验对比研究
小卫星随机振动试验和噪声试验对比研究
针对小卫星的结构特点,从理论和试验两方面对比分析了随机振动环境和噪声环境的特点及环境试验的'效果.根据典型小卫星分舱段两种试验的数据,分析得出随机振动试验比噪声试验更适合于小卫星的结论,为制定小卫星力学环境试验方案提供依据.
作 者：邓卫华 俞伟学 施修明 DENG Weihua YU Weixue SHI Xiuming 作者单位：航天东方红卫星有限公司,北京,100094 刊 名：航天器工程 ISTIC英文刊名：SPACECRAFT ENGINEERING 年，卷(期)： 18(1) 分类号：V416 关键词：小卫星 随机振动试验 噪声试验 对比篇4：N5B燃油系统试验转台计算机控制系统设计
N5B燃油系统试验转台计算机控制系统设计
对N5B燃油系统试验台的台架转动角度控制系统建立进行设计分析,介绍了试验台架的结构方式与运转驱动形式、控制系统组成、计算机控制算法设计,以及在实际应用中,为改善控制品质所采用硬件的改进方法.
作 者：邓新华 Deng Xinhua 作者单位：洪都航空工业集团 刊 名：洪都科技 英文刊名：HONGDU SCIENCE AND TECHNOLOGY 年，卷(期)： “”(3) 分类号：V2 关键词：试验台架系统 液压伺服油缸 控制系统篇5：PLC控制系统设计
1、概述
可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，简称PLC或PC)是专为在工业环境下应用而设计的一种数字运算操作电子系统。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字量、模拟量的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。
PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点。
PLC的主要特点如下：
A.用内部已定义的各种辅助继电器代替机械触点继电器，通过软件编程方式用内部逻辑关系代替实际的硬件连接导线，这些内部继电器的节点变位时间可理想化地认为等于零，因此只需考虑它的0-1状态而无需考虑传统继电器所固有的返回系数。
B.可靠性高，抗干扰能力强，适用于复杂的工业环境。
C.配套齐全，功能完善，适用性强，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能。
D.易学易用，照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC的程序编制采用简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学。
经过30多年的发展，PLC已十分成熟与完善，尤其在顺序控制、开关量逻辑运算和处理这两方面具有显著优势，而模拟量闭环控制也已非常成熟。 PLC技术自从引入我国的电力行业后就得到了广泛应用，并发展壮大。
2、PLC控制系统的设计
PLC控制系统设计包括硬件设计和软件设计。
2.1 PLC控制系统的硬件设计
硬件设计是PLC控制系统的至关重要的一个环节，这关系着PLC控制系统运行的可靠性、安全性、稳定性。主要包括输入和输出电路两部分。
2.2.1 PLC控制系统的输入电路设计。PLC供电电源一般为AC85-240V，适应电源范围较宽，但为了抗干扰，应加装电源净化元件(如电源滤波器、1:1隔离变压器等);隔离变压器也可以采用双隔离技术，即变压器的初、次级线圈屏蔽层与初级电气中性点接大地，次级线圈屏蔽层接PLC 输入电路的地，以减小高低频脉冲干扰。
PLC输入电路电源一般应采用DC 24V, 同时其带负载时要注意容量，并作好防短路措施，这对系统供电安全和PLC安全至关重要，因为该电源的过载或短路都将影响PLC的运行，一般选用电源的容量为输入电路功率的两倍，PLC输入电路电源支路加装适宜的熔丝，防止短路。
2.2.2 PLC控制系统的输出电路设计。依据生产工艺要求，各种指示灯、变频器/数字直流调速器的启动停止应采用晶体管输出，它适应于高频动作，并且响应时间短;如果PLC系统输出频率为每分钟6 次以下，应首选继电器输出，采用这种方法，输出电路的设计简单，抗干扰和带负载能力强。
如果PLC输出带电磁线圈等感性负载，负载断电时会对PLC的输出造成浪涌电流的冲击，为此，对直流感性负载应在其旁边并接续流二极管，对交流感性负载应并接浪涌吸收电路，可有效保护PLC。
当PLC扫描频率为10次/min 以下时，既可以采用继电器输出方式，也可以采用PLC输出驱动中间继电器或者固态继电器(SSR)，再驱动负载。
对于两个重要输出量，不仅在PLC内部互锁，建议在PLC外部也进行硬件上的互锁，以加强PLC系统运行的安全性、可靠性。
对于常见的AC220V交流开关类负载，例如交流接触器、电磁阀等，应该通过DC24V微小型中间继电器驱动，避免PLC的DO接点直接驱动，尽管PLC手册标称具有AC220V交流开关类负载驱动能力。
2.2.3 PLC控制系统的抗干扰设计。随着工业自动化技术的日新月异的'发展，晶闸管可控整流和变频调速装置使用日益广泛，这带来了交流电网的污染，也给控制系统带来了许多干扰问题，防干扰是PLC控制系统设计时必须考虑的问题。一般采用以下几种方式:
隔离：由于电网中的高频干扰主要是原副边绕组之间的分布电容耦合而成，所以建议采用1:1超隔离变压器，并将中性点经电容接地。
屏蔽：一般采用金属外壳屏蔽，将PLC系统内置于金属柜之内。金属柜外壳可靠接地，能起到良好的静电、磁场屏蔽作用，防止空间辐射干扰。
布线：强电动力线路、弱电信号线分开走线，并且要有一定的间隔;模拟信号传输线采用双绞线屏蔽电缆。
2.2 PLC控制系统的软件设计
在进行硬件设计的同时可以着手软件的设计工作。软件设计的主要任务是根据控制要求将工艺流程图转换为梯形图，这是PLC应用的最关键的问题，程序的编写是软件设计的具体表现。在控制工程的应用中，良好的软件设计思想是关键，优秀的软件设计便于工程技术人员理解掌握、调试系统与日常系统维护。
2.2.1 PLC控制系统的程序设计思想。由于生产过程控制要求的复杂程度不同，可将程序按结构形式分为基本程序和模块化程序。
基本程序:既可以作为独立程序控制简单的生产工艺过程，也可以作为组合模块结构中的单元程序;依据计算机程序的设计思想，基本程序的结构方式只有三种:顺序结构、条件分支结构和循环结构。
模块化程序:把一个总的控制目标程序分成多个具有明确子任务的程序模块，分别编写和调试，最后组合成一个完成总任务的完整程序。这种方法叫做模块化程序设计。我们建议经常采用这种程序设计思想，因为各模块具有相对独立性，相互连接关系简单，程序易于调试修改。特别是用于复杂控制要求的生产过程。
2.2.2 PLC控制系统的程序设计要点。PLC控制系统I/O分配，依据生产流水线从前至后，I/O点数由小到大;尽可能把一个系统、设备或部件的I/O信号集中编址，以利于维护。定时器、计数器要统一编号，不可重复使用同一编号，以确保PLC工作运行的可靠性。
程序中大量使用的内部继电器或者中间标志位(不是I/O位)，也要统一编号，进行分配。
在地址分配完成后，应列出I/O分配表和内部继电器或者中间标志位分配表。
彼此有关的输出器件，如电机的正/反转等，其输出地址应连续安排，如Q2.0/Q2.1等。
3、PLC设计的几点技巧
PLC各种触点可以多次重复使用，无需用复杂的程序来减少触点使用次数。同一个继电器线圈在同一个程序中使用两次称为双线圈输出，双线圈输出容易引起误动作，在程序中尽量要避免线圈重复使用。如果必须是双线圈输出，可以采用置位和复位操作(以S7-300为例如SQ4.0或者RQ4.0)。如果要使PLC多个输出为固定值1(常闭)，可以采用字传送指令完成，例如Q2.0、Q2.3、Q2.5、Q2.7同时都为1，可以使用一条指令将十六进制的数据0A9H直接传送QW2即可。对于非重要设备，可以通过硬件上多个触点串联后再接入PLC输入端，或者通过PLC编程来减少I/O点数，节约资源。例如:我们使用一个按钮来控制设备的启动/停止，就可以采用二分频来实现。模块化编程思想的应用:我们可以把正反自锁互锁转程序封装成为一个模块，正反转点动封装成为一个模块，在PLC程序中我们可以重复调用该模块，不但减少编程量，而且减少内存占用量,有利于大型PLC程序的编制。
结束语
PLC控制系统的设计是一个步骤有序的系统工程，要想做到熟练自如，需要反复设计和实践。本文是PLC控制系统的设计和实践经验的总结，在实际应用中具有良好的效果。
参考文献：
[1]陈延奎.浅谈PLC控制系统的设计方法[J].中国科技信息，-10-15.
篇6：污水处理控制系统设计
污水处理控制系统设计
摘要：根据城市污水处理工艺的要求,从综合自动化系统的完整性、可靠性出发,给出了控制系统的网络结构、现场PLC控制站的.组成及功能,并设计出系统程序流程图.通过STEP7编程软件编写出相应的梯形图程序,主要实现了预处理控制系统的软件设计.作 者：崔继仁 肖彦 张艳丽 王越男 CUI Ji-ren XIAO Yan ZHANG Yan-li WANG Yue-nan 作者单位：佳木斯大学,黑龙江,佳木斯,154007 期 刊：佳木斯大学学报(自然科学版) Journal：JOURNAL OF JIAMUSI UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION) 年，卷(期)：2010, 28(3) 分类号：X703 关键词：污水处理 网络配置 PLC 控制程序
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