计算机测控技术研究报告

课程报告科目：计算机测控技术教师：姓名：学号：专业：类别：上课时间：考生成绩：国内外计算机测控系统特点和发展趋向随着计算机技术的飞速发展，数据通信、网络工程和信息管理等系统性能的巨大改进，出现了将自动测试技术、计算机控制技术和通信技术的进展结合起来的时机。在短短几年的时间里，测控工业就经历了一场彻底改变测控技术决策的革命。自90年代以来，在实验室和工业自动测控领域出现以下动向：(1)IBMPC机迅速普及，工业PC机出现，不断更新换代，性能价格比不断提高，加之丰富的软硬件支持，易开发调试，人们纷纷采用PC系列计算机。(2)适合计算机测量的频率量传感器迅速兴起，如测转速、角度的光轴编码器，测转速的磁电传感器，测流量的涡轮流量计等。(3)高新技术的发展，提出了高新的要求，比如动态测试、在线测控。(4)有用户提出用PC机测控系统进行标准频率、相位控制或计测的要求，以取代专用电子设备。在以上背景下，基于PC总线的计算机测控系统得到了广泛的应用。随着自动控制理论、自动检测技术以及计算机技术(包括计算机硬件技术、软件技术以及网络技术)的不断发展与进步，加之集散控制系统(简称DCS)在测控系统中的全面应用，计算机测控系统的自动化程度、控制精度以及系统性能越来越高，加快了工业控制过程中的自动化进程。测控系统正沿着计算机化、标准化和网络化三大趋势发展。计算机测控系统的特点在计算机测控系统中，由数字计算机代替传统控制设备，对系统进行调节和控制，由于数字计算机具有采集、传送、存贮、处理大量数据的能力，使控制过程进入了以计算机为主要控制设备的自动控制阶段。计算机系统与模拟硬件构成的系统相比较，具有以下特点:(1)程序控制。任何一种控制规律的实现都可以程序化，而控制规律的改变只不过是程序的改变而己。(2)数字控制。计算机的输入输出信息都是数字信息，计算机控制系统是对被控对象的信息进行采样、量化、保持等变换。(3)实时控制。计算机的信息处理过程要与控制过程相适应。(4)综合控制。可以以计算机为中心实现多变量、多回路、多对象、多工具、变参数和自适应的综合控制。计算机测控系统的发展趋势计算机测控系统是计算机技术与自动控制理论相结合的产物，因此它的发展离不开计算机技术与自动控制理论的支持。自动控制理论发展自动控制理论的发展与人类社会的发展有密切的联系。长期以来，自动控制科学已对整个科学技术的理论和实践作出了重要贡献，并为人类社会带来巨大利益。然而现代科学技术的迅速发展和重大进步，又对控制和系统工程提出了更新更高的要求。自动控制理论和工程正面临新的发展机遇和严峻挑战。自动控制理论发展至今经历了一个不断演变发展的过程，一般可以分为三个阶段:(1)本世纪40-60年代的“古典控制理论”时期。这一时期主要解决单输入单输出问题。所研究的系统多半是线性定常系统，对于非线性系统，分析时采用的相平面法一般也不超过两个变量。(2)本世纪60-70年代的“现代控制理论”时期。这一时期采用所谓的状态空间法可以解决多输入多输出问题。系统既可以是线性的、定常的，也可以是非线性的、时变的。(3)从70年代至今，自动控制理论向着“智能控制”的方向发展。所谓“智能控制”是研究与模拟人类智能活动及其控制与信息传递过程的规律，研究具有某些仿人智能的工程控制与信息处理系统。多年来，传统控制理论在应用中遇到不少难题，一直在寻找新的出路。而人工智能的进一步发展不但需要寻求新的理论突破，而且需要发现新的应用领域。在这种背景下，人工智能与自动控制的结合，创造出新的前沿交叉学科一一智能控制，就成为历史的必然和科学发展的必然。一般说来，智能控制具有下列几个共同特点:(1)学习能力；(2)组织综合能力；(3)适应能力；(4)优化能力。由于智能控制具有在线特征辨识、特征记忆和拟人等特点，因此在整个控制过程中计算机在线获得信息、实时处理，并给出控制决策，通过不断优化参数和寻找控制器最佳结构形式，以获得整体最优控制性能。智能控制理论的兴起和不断发展，推动了现代工业控制领域的变革。计算机测控系统的发展现状和趋势在工业生产过程中，有各种各样反映生产过程状态的物理量，如温度、压力、流量等过程信息。近年来，在计算机应用于工业自动化之前，人们采用测量和控制仪表来完成测量与控制功能。在此系统中，各个仪表是独立的，互不关联的。而采用了计算机实现测量控制功能后，就可以通过计算机将所有的信号连接在一起处理，便于生产操作人员进行操作和控制。计算机控制系统的发展经历了三个阶段：直接数字控制DDC(DirectDigitalControlSystem)系统、集散型控制系统DCS(DistributedControlSystem)和现场总线控制系统FCS(FieldbusControlSystem)。其中DCS是融DDC系统及整个工厂的生产管理为一体的高级控制系统，该系统克服了其他控制系统中存在的“危险集中”问题，具有较高的可靠性和实用性。但是，为了进一步适合现场的需要，DCS也在不断更新换代，近年来，集计算机、通信、控制三种技术为一体的第5代控制体系结构，即现场总线控制系统，成为国内外计算机过程控制系统一个重要的发展方向。在采用集散型控制系统(DCS)的测控系统中，系统具有集中管理和分散控制的特点。它利用单元组合仪表及计算机系统的优点，用软件组成各种功能模件，并用CRT显示温度、压力、液位、流量、成分等过程参数，通过高速通讯网络把二者连成一个系统，从而可以采集更多的点和控制更多的回路。它的一个显著特点是各工作现场由现场控制站进行分散控制，各个分散控制得到的信息由管理站集中管理，同时根据要求管理站对各现场控制站进行集中控制，即信息和操作管理集中化而控制分散化，也就是集中是指管理、操作、监视二方面，分散是指功能分散、负荷分散和危险分散，危险分散是DCS系统的主要特征之一。作为第5代控制体系结构的现场总线控制系统FCS的核心是现场总线。现场总线技术是90年代兴起的一种先进的工业控制技术，它将当今网络通信与管理的观念引入工业控制领域。从本质上说，它是一种数字通信协议，是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、全分散、双向传输、多分支结构的通信网络。是控制技术、仪表工业技术和计算机网络技术三者的结合，具有现场通信网络、现场设备互连、互操作性、分散的功能块、通信线供电、开放式互连网络等技术特点，这些特点不仅保证了它完全可以适应目前工业界对数字通信和白动控制的需求，而且使它与Internet网互连构成不同层次的复杂网络成为可能，代表了今后工业控制体系结构发展的一种方向。近年来，分布计算技术、网络技术与微电子技术的长足发展为测控系统向分布式、网络化和以计算机作为平台的方向拓展提供了良好的条件，也为测控领域中𝑀𝐶3(测量、通信、控制、计算机)技术的应用提供了技术基础。𝑀𝐶3是工业自动化的一种全新的设计方法，其核心思想是以信息处理技术为核心，以网络技术为基础，以实现测控仪表卿能化为手段，形成多级分布智能测控系统，通过将测控系统数字化、智能化任务分布于多级测控系统的各级上，形成集测量、通信、控制于一身的低成本、高精度、高效率、高可靠性及可管理的，具有自由扩展与升级能力的工业自动化系统。从该系统的提出到现在不足5年的时问内，国际电子电器工程师学会已形成了IEEE145I标准系列，成为测控系统领域的关键技术。随着控制的对象逐渐向非线性、时变和随机、模糊的方向发展，在微处理器和计算机技术、人工智能中关于知识的表达与推理技术以及专家系统的设计与建造方面进展的推动下，智能测控系统的研究和应川展现出广阔的前景。在美国、日本及欧洲等先进的工业国家，智能型的计算机测控系统已开始应用于工业生产中，并取得了非常好的效果。因此，采用一体化智能控制的计算机测控系统将逐渐成为今后测控领域的主流。直升机旋翼传动系统200小时耐久试验近年，我国直升机研制工作蓬蓬勃勃开展，与此同时，在自行研制的过程中，还不断地提出一些重大的理论和实践课题，其中，如何进行或实施研制机的某些地面试验，就是课题之一。本文试就自行研制的直升机旋翼传动系统有关地面试验问题作分析研究和探讨，供试验抉择。鉴于国内旋翼传动系统的设计生产研制与直升机主机有明确分工，为便于协调和交流，本文重点将以主机为视点研究分析旋翼传动系统的地面试验的实施，这是有实际意义的。旋翼传动系统地面试验旋翼传动系统是指将功率从发动机传至旋翼毂所必需的各部件，它包括减速器、传动轴系、方向接头、联轴器、旋翼刹车装置、离合器、轴系支承装置，以及任何连接到或安装在旋翼传动系统上的附件安装座、附加传动装置、冷却风扇等。旋翼传动系统的地面试验包括以下四种类型:1、传动装置的台架试验；2、地面系留试验，传动系统在地面系留的直升机上进行长时间运转；3、低温试验，这类试验按订货方的需要，传动系统经受所要求的低温试验；4、专门试验，这是对具有两个或两个以上传动比工作的传动系统规定进行专门的试验。以下将阐述旋翼传动系统在系留的直升机上进行长时间运转试验。军用标准中关于传动系统长试的要求旋冀传动系统地面长试是在系留的直升机上进行，因此在军用标准Mi1-T-8679中对此试验称为传动系统的地面系留试验，该项试验应在军标规定的“直升机系留试验”中完成。1)直升机系留试验新研制的直升机按军用标准Mi1-T-8679规定须进行地面系留试验的评定。此项试验的目的是证实直升机实际使用的系统、部件在规定的条件下可靠、协调圆满工作的能力。因此，所评定的直升机结构、发动机、旋翼、传动系统和有载荷效应包括振动效应的部件(例如尾桨)等，应与交付使用的直升机所采用的相同。直升机地面系留试验包括以下评定内容:a)50小时的飞行核准试验。此试验应在首次飞行前按规定的循环次数和试验程序完成。b)150小时试制阶段试验，此试验应按规定的循环次数和试验程序完成。c)250小时试验，当订货方需要时才进行此项试验。2)传动系统系留试验为评定传动系统可靠圆满的工作能力Mi1-T-8679要求进行50小时的飞行核准试验和150小时试制阶段试验或按订货方要求进行250小时试验，该试验周期和试验程序同于直升机系留试验，因此除非能模拟传动系统真实使用条件，传动系统的系留试验应在规定的直升机上完成。在美军标Mi1-T-8679C“垂直/短距起落飞机传动系统一般要求”中也明确规定。为验证该系统具有120小时的平均拆卸间隔时间(MBTR)的能力，传动系统应至少进行20小时的耐久性试验。适航标准中关于旋翼传动系统地面长试要求早在1962年美国民航当局颁布的关于旋冀飞行器规范CAM7中就规定了必须对旋冀传动系统及操纵机构，按规定的程序和循环次数进行长达20小时的地面耐久性试验、离合器及刹车机构的耐久性试验以及附加试验。美国联邦航空局颁布的现行旋冀航空器适航标准FAR29中明确规定旋翼传动系统和操纵机构必须进行20小时耐久性试验，离合器及刹车机构耐久性试验以及附加试验。同时还规定了与军用标准类似的试验循环次数和试验程序。英国民航颁布的旋翼航空器适航标准BCARG部也规定旋翼传动系统应进行20小时地面耐久性试验，其试验周期和试验程序类似于FAR29部。民机适航标准规定的传动系统20小时地面耐久性试验要求在典型的直升机上进行。该直升机应具有与交付使用的直升机相同的发动机、传动系统、旋翼系统、操纵系统、支承结构、起落架和其它任何影响载荷及振动特性的部件。其试验目的仍是为了演示该系统的最低的可靠性等级和正常的运行功能，同时也评定相关的系统功能、可靠性以及直升机总体的协调性。旋冀传动系统的地面耐久性试验对于旋翼传动系统，无论是军用标准规定的地面系留试验，还是适航标准中要求的耐久性试验，其试验的目的，试验的周期和基本程序大体相当。因此从试验的实际内容来看，传动系统此类长时间运转试验实质上是对该系统耐久性的评定。当然，此试验应根据直升机的使用类别，按照选用的相应标准或规范所要求的试验循环和试验程序进行。旋翼传动系统地面耐久性试验(或系留试验)的一般要求可以概括为：a)试验在典型的直升机上进行.该机应符合直升机地面系留试验要求