摘 要：研究了虚拟仪器技术在大型设备电液控制系统测试中的应用。提出了一种测试系统的设计思想和方法，讨论了测试系统的构成、图形实体库的设计、虚拟功能单元的构造及测试功能的实现与重构。
关键词：虚拟仪器，自动测试，面向对象编程，可视化
Application of VI Technique in Electrohydraulic Control
System Test
Abstract：Study on the application of virtual instrument (VI) technique in electrohydraulic control system test.The main idea and design method of a kind of test system are proposed, the following problems: system construction, building of visual object library and virtual units, realizing of system test function and system reuniting are discussed.
Key words：virtual instrument,automatic test,OOP,visualization
1 虚拟仪器技术
虚拟仪器(virtual instrument)是传统仪器与计算机技术深层次结合的产物，它由计算机、软件包、仪器硬件组成。其基本思想是用计算机管理和组织仪器系统［1］，完成数据采集、分析、显示和存储等功能，最终达到取代传统电子仪器的目的。
虚拟仪器技术开发和应用的活跃源于1986年NI公司为 Macintosh 设计的LabVIEW［3］，它是一种基于图形的，开发、调试和运行程序的集成化环境，实现了真正意义上的虚拟仪器概念。几年来，这一新技术的发展与应用表明，虚拟仪器技术为人们提供了一个新颖的概念和完成复杂测试任务的有效途径，同时也说明未来的测试设备的核心是软件。随着测试任务的日益复杂，对测试系统的性能和精度要求越来越高，虚拟仪器技术在其中的应用有着广阔的前景。
1 测试系统的一种结构
大型装备往往是机电液一体化、集多种功能于一体的综合设备，以电液控制系统为其控制核心，它们的性能正常与否直接关系到装备的效能。对电液系统实现快速测试，以保证系统状态的良好已成为大型装备使用中的重要环节。传统的检测方法是利用常用仪器仪表，检查控制系统在人为设置状态下的输出是否正常，这种方法费时、 费力，难于对系统的功能进行全面和快速检查，也不适应目前装备更新快的特点。因此，有必要通过引入虚拟仪器技术的思想和设计方法，在相对简单和通用化的硬件配置下，建立一个主要由软件完成各项测试功能、具有良好可视化人机界面的多功能测试系统。
测试系统的硬件以微机为核心，配备数字量和模拟量信号采集板和信号输出板；根据被测试对象的不同，通过信号转接电路与测试对象相联系。系统的主要功能由软件实现，其结构图如图1所示。
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图1 测试系统软件结构图 软件除完成一般测试仪器的信号采集和输出功能外，增加了如下几个部分：①对被检测控制系统进行功能模拟的虚拟控制器； ②对被检测控制器控制面板进行模拟的虚拟控制面板； ③对系统中各传感器进行功能模拟的虚拟信号发生器； ④显示各类控制器输出信号状态的虚拟信号显示仪； ⑤对装备外界环境和相关设备进行功能模拟的虚拟环境产生器。 上述各虚拟单元的建立依赖于可视化图形实体库的建立。实体库为一采用面向对象方法编制的可重用代码库，各实体是一个可视的图形界面，可与用户交互。各虚拟单元的建立和重构通过实体选择和布置来完成定义，各图形实体对外表现为灰箱结构，留有输入和输出接口，以实现代码的重用。 2 图形实体库与虚拟单元 2.1 图形实体库的建立 可视化图形实体的建立可以通过面向对象的程序编码和窗口基类的定义来实现。窗口是用户与产生该窗口的应用程序之间的一个可视界面，通过窗口可以接收用户的输入信息，发送或显示特定信息。将可视化图形实体看作是具有特定功能的图形窗口，这样在窗口基类的基础上，定义和扩展窗口的功能，就可以创建一个可视化的图形实体。 可视化图形实体的建立根据实际被测试系统的构成和测试任务的需要来不断扩充。在大型电液控制系统虚拟测试系统中，需要创见多种实体，如以按钮类实体来模拟控制按钮和发送脉冲信号的开关型传感器；以指示灯类实体模拟控制面板上状态批示灯或控制输出的开关信号状态；以数值表类实体来显示模拟信号的瞬时值；以阀类实体来模拟实现液压系统油路通断功能的换向阀的动作；设计环境干扰源来模拟产生设备使用现场存在的各类干扰信号等。 各图形实体创建后，用户通过交互式开发环境选择和定义所需实体后，即可构造测试仪中各虚拟功能单元。 2.2 虚拟单元的构造 测试系统的主要部件是各虚拟单元，即将通常由硬件构成各主要功能部件改由软件实现，这样构造的虚拟单元在屏幕上显示为一个窗口，在窗口内通过可视化图形实体的设置，实现人机交互，完成相应的测试任务。 2.2.1 虚拟信号产生单元 模拟产生被测系统工作过程中的各开关型传感器发出的机构动作到位信号，及模拟量传感器发出的机构位移等连续变化信号。虚拟单元的构造可以通过选择和定义若干个具有相应功能的图形实体来完成，如通过选择开关类实体来代表一个到位开关。各实体通过标题来区分，各实体的信号发送可由以下两种方法来实现： ① 测试人员通过鼠标点动或键盘选择产生有效信号，用于测试控制系统在一定输入信号作用下的功能是否正常； ② 由虚拟环境产生单元控制各实体的状态，模拟各传感器在实际控制过程中的信号产生序列及外界干扰信号的影响，用于全自动测试控制系统完成整个控制过程的功能是否正常。 2.2.2 虚拟信号显示单元 对测试系统通过数据采集板获取的信息进行直观显示，通过对具有相应功能图形实体的选择和定义来实现。例如，对开关型信号可选择指示灯实体类对信号的开关状态进行显示，对模拟量信号可选用示波器或数值表实体类进行图形显示。通过虚拟信号显示单元，可以向测试人员提供实时显示测试结果的一个可视化图形界面。 2.2.3 虚拟控制器单元 用于模拟被测试系统的数据转换功能，包括两个部分： ①虚拟控制面板：具有与实际控制面板相同的外观与功能，可实现人机交互，以模拟操作人员的实际操作情况； ②虚拟控制器：完成对控制器的功能模拟，它接受测试人员通过虚拟控制面板传送的操作指令，确定正确的输出信号。 虚拟控制器单元的用途，一是在测试仪没有与实现被测系统相联机时，代替控制器完成测试过程，以帮助测试人员熟悉被测对象及测试过程，同时可以实现故障人为设置，以提高测试人员的分析判断能力；二是在联机测试过程中，它与被测控制系统同步工作，两者具有相同的输入信号，将两者的输出信号相比较，即可判断实际控制器的功能是否正常。 2.2.4 虚拟环境产生单元 用于模拟控制系统实际工作过程中外界环境的影响及相关设备的工况，包括： ① 虚拟干扰源：模拟产生现场可能存在的干扰信号，这些信号可加入到虚拟信号产生单元的输出信号上或控制系统的输出信号上，以测试控制系统在输入输出信号上存在干扰情况下的功能是否正常。 ② 虚拟外设：用于模拟控制系统的实际控制对象的动作状况，如以图形动画方式显示液压系统电磁换向阀在电信号作用下的通断、液压油缸的伸缩及相应机构的运动情况等。在执行机构上可模拟安装相应的传感器件，在机构动作过程中或到达预定位置时，控制虚拟信号产生单元相应实体的状态与信号发送，这样可以高逼真度地仿真控制系统的实际工作过程，实现对系统功能的全自动测试。 3 系统构建与信息管理 |
