索宝丽

摘 要：作为机械专业的一门基础课程，液压技术的教学需要理论和实践相结合。液压实验台是液压技术课程进行实验和实习的主要设备。为了适应现代化教学的要求，为社会培养优秀的技术人才，本文将虚拟仪器技术引入到液压实验台的测控技术中，对虚拟仪器技术进行了介绍。

关键词：虚拟样机技术 液压试验台

液压控制技术以机械制造、微电子及计算机、材料工程、数学、力学以及控制科学为依托，充分发挥自身优势，变得更为绿色化、模块化和智能化。在此形势下，基于虚拟仪器技术的新型液压实验台正以其功能完善、性能灵活而且造价较低等优势，广泛应用于各大院校和中职院校。

一、虚拟仪器的工作原理

液压试验台采用虚拟样机技术。这是一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法。虚拟样机技术融合了先进的建模仿真技术、设计制造技术和现代管理技术，并将这些技术应用于产品的全生命周期和全系统的设计，进行综合管理。

在液压试验台中，虚拟仪器利用I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理，由计算机软件实现信号数据的运算、分析和处理，通过计算机显示器模拟传统仪器控制面板并输出检测结果，完成各种测试功能。计算机在虚拟仪器中处于关键地位，用户可以在现有条件下通过修改软件改变仪器的功能。

采用虚拟样机技术的新型液压试验台能自由定义。虚拟仪器基于计算机网络技术和接口技术，硬件实现模块化、系列化，软件将多种检测功能集成于一体，不仅缩短了检测时间，也提高了检测的速度、精度、可靠性。数据处理器建立的功能性数学模型，使测试数据不会随时间发生变化，保证了检测结果的稳定性和可重复性。虚拟仪器面板上的控件都是与实物相对应的图标。每个图标都对应着相应的软件程序，用户可使用鼠标进行操作，也可根据自己需要，组合相应的模块实现不同的检测功能。

二、虚拟仪器的构成

虚拟仪器由硬件系统和应用软件两大部分构成。硬件系统由计算机硬件和测控功能硬件两部分组成。计算机硬件平台就是各种类型的计算机。计算机作为虚拟仪器的硬件支撑主要用来管理硬件、软件资源。测控功能硬件主要完成被测信号的放大、A/D转换和数据采集。具体测量仪器硬件模块是指各种传感器、信号调理器、A/D转换器（ADC）、D/A转换器（DAC）、数据采集器（DAQ）。

作为虚拟仪器的核心，高性能的软件模块是虚拟仪器软件技术的重点。根据VPP系统规范的定义，虚拟仪器系统的软件结构有：仪器I/O接口软件、应用软件和仪器驱动程序。I/O接口软件是对系统进行测试的软件基础，存在于I/O接口设备与仪器驱动程序之间，主要任务是完成对寄存器的数据的直接存取操作，并为仪器和仪器驱动程序传递信息。

仪器驱动程序存在于每个仪器模块。仪器驱动程序的实质就是为用户提供函数集。这些函数集用于抽象的仪器操作。应用程序对仪器的操作是通过仪器驱动程序实现的。只要有了仪器驱动程序，应用程序设计人员即便不了解仪器内部的操作过程，也可进行虚拟仪器系统的研究和设计工作。应用软件建立在仪器驱动程序之上，直接面对用户，提供给用户一个满足用户功能要求的友好界面。图形化软件开发平台的提出使编程人员不再需要文本方式编程，可以减轻系统开发人员的工作量，使其将主要精力集中投入到系统设计中。

三、虚拟仪器的应用

传统的液压实验台功能单一，设备大多由继电器电路控制，控制技术落后，自动化程度低，不能反映液压技术与微电子及控制技术的有机结合，操作繁琐，实验抽象，测试精度低，不能满足培养具有创新思维的高科技人才的要求。

根据电液比例阀和电液伺服阀的静、动态特性测试要求，确定基于虚拟仪器的电液比例阀和电液伺服阀测试系统方案。利用虚拟样机技术，可以对电液比例溢流阀的性能测试有：稳态压力控制特性测试、稳态负载特性、输入信号阶跃响应特性测试、负载流量阶跃响应特性测试、频响特性测试。电液比例方向阀的性能测试有：稳态流量控制特性测试、稳态负载特性测试、压力增益特性测试、输出流量与阀压降特性测试、输入电信号阶跃响应特性测试、频率响应特性测试。电液比例流量阀的性能测试有：稳态流量控制特性测试、稳态负载特性测试。电液伺服阀的特性测试有：负载流量特性、空载流量特性、压力特性、频率响应测试。

虚拟仪器作为教学的新手段，正在改变传统的教学模式。在实验室建设中，如果配置常规仪器、仪表，学校财力难以支付。运用虚拟仪器技术不但能满足实验教学需要，而且还可将这批微机用作其他有关计算机课程的教学用机，提高设备利用率，降低实验室建设的成本。虚拟仪器与现有仪器配合，逐步取代传统仪器，是一个必然的发展趋势。

（作者单位：山东煤炭技术学院）endprint