LabVIEW设计、搭建以及测试赛车的燃料电池系统虚拟仪器

LabVIEW设计、搭建以及测试赛车的燃料电池系统虚拟仪器

 北京瀚文网星科技有限公司

我们为菲亚特设计了一个汽车空调模拟系统，其功能包括：独立控制9个比例积分微分(PID)控制回路，比如发动机、泵和风扇流速、加热器、冷却阀等；可灵活设置测试参数；通过自定义算法实现的高级数据分析；用于辅助工程操作的参考表。

借助三个功能模块开发硬件

为了重现真实的“车载”空调系统运行条件，我们开发了由三个功能块组成的硬件： 水冷凝器 - 流量可变的冷水回路，用于模拟汽车散热器；蒸发器 - 由固态继电器(SSR)控制的锅炉，模拟汽车驾驶舱的热负载；制冷电路 - 30 KW AC-3伺服电机，其中变频器通过电磁离合器驱动汽车压缩机。

压缩机转速范围为0到6,000 rpm，具有高加速动力特性。 步进电机驱动阀用于调节氟利昂流速。 我们采用钎焊板换热器水乙二醇而非R-134a氟利昂气体来进行不同物态之间的热交换。 此外，我们把电路元件连接到电转探针，以*控制所有的循环调节参数和系统数学描述特性参数。

硬件控制系统的开发基础是NI AT-MIO板卡和带有32路模拟输入（包括温度、磁场和科里奥利流量计、压力变送器、扭力计、压缩机拖曳电机的角速度）的NI SCXI-1000机箱。

我们在具有6路模拟输出的NI SCXI-1124 模块的基础上采用多回路调节任务来控制热水器的SSR功率调节、三向电动冷却阀、变频器，进而控制压缩机拖动和冷凝器和制冷机回路泵。

我们借助NI SCXI-1162和SCXI-1163光隔离数字量输入模块开发了用于SCXI系统的完整试验台数字化控件，包括手动命令、执行器和灯。 我们还通过机电回路和软硬件系统的动态监督来实施安全控制，软硬件系统包含一个看门狗工具，在故障情况下可自动启动掉电命令。 在该系统设计中使用NI产品便无需再使用可编程逻辑控制器(PLC)。

测试结果很大程度上取决于与采集信号密切相关的复杂计算，而Centro Ricerche Fiat工程师依靠精确的温度测量提供了高质量的测试结果。 因此，我们选择NI SCXI作为高性能信号调理平台的原因是，每个模拟输入通道都具有独立的测量放大器、2 Hz低通滤波器以及精确的冷端温度补偿传感器。

多种软件

我们设计的系统软件首先执行热回路的初始稳定阶段，然后模拟汽车运行阶段的电机转速周期。 在测试阶段，软件可绘制所有数据的趋势图和XY图，并保存到外部数据库文件。

*个步骤是执行任意阶段的闭环选择并进行相关参数的设置。 该系统共采用 9 个控制策略，再返回到5个同时运行的PID回路。 由于系统非常复杂，我们使用ANSI C编程语言和LabVIEW来进行软件开发，以便Centro Ricerche Fiat工程师可自由设置测试台和使用系统。

仿真阶段是基于可调时间周期的压缩机电机转速变化。 在该周期内，系统保持回路运行在恒定状态。 我们使用具有不同扫描时间的多线程结构，设置命令和任务的优先级，重生成精确的电机转速曲线，从而对程序执行时间进行高精度控制。

接下来，我们改变PC/SCXI硬件架构，转而使用NI PXI-1011组合机箱。 通过这样的升级，我们使用SCXI信号调理模块，同时也可以将 NI PXI-8176 嵌入式控制器用作为汽车CAN总线接口模块。

使用监控控件开发用户界面

我们使用模拟测量、PID回路状态、压缩机电机转速等监控控件来开发用户界面主面板。 文字讯息面板会通过红色下划线文字显示任何系统事件、信号报警和异常??情况。

测试台工程师可使用三个独立的带状图面板来打开或关闭任何模拟测量曲线。 该功能对于分析测试中的物理瞬态现象非常有用。

我们还为Centro Ricerche Fiat工程师开发了特定文本输入面板，用作为评论记录器，可随时将消息或观察结果写入测试报告文件，并可在离线数据分析时定位特殊事件。

我们还为用户界面添加了一系列服务面板，比如I/O配置、高级硬件诊断以及警报和日志文件管理面板。

借助LabVIEW我们可以重复使用ANSI C代码，从而大幅缩短软件开发时间，使得Centro Richerche Fiat编程人员可以集中精力开发测试台控制功能。

 北京瀚文网星科技有限公司，是一家以LabVIEW（虚拟仪器）为主要技术手段的开发公司，为您提供全套的系统集成服务，包括结构设计、软件开发、软件与硬件的产品升级与改造。其服务领域包括：汽车、通信、航空、半导体、电子设计生产、过程控制和生物医学等各领域。涵盖了从研发、测试、生产到服务的产品开发所有阶段。

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