，誤差范圍為Min(εss)≤εss≤Max(εss)，并且測(cè)試結(jié)果可以以曲線(xiàn)圖形的方式直觀地表示出來(lái)。1.2 快速性指標(biāo)測(cè)試方法
用IVCS輸出第一次達(dá)到誤差范圍內(nèi)的穩(wěn)態(tài)值時(shí)所需要的時(shí)間ts來(lái)表征IVCS的快速性，即
，如圖3所示。測(cè)試過(guò)程如下：同樣以0.1rmax的量遞增的信號(hào)作為IVCS的輸入信號(hào)，即初始時(shí)刻給IVCS輸入信號(hào)為r1=0.1rmax，MFTS測(cè)得IVCS的輸出第一次達(dá)到誤差范圍內(nèi)的穩(wěn)態(tài)值時(shí)所需要的時(shí)間為ts1，那么此時(shí)表征IVCS響應(yīng)快速性的指標(biāo)即用響應(yīng)時(shí)間ts1來(lái)表示。依此類(lèi)推直至測(cè)出10個(gè)點(diǎn)的響應(yīng)時(shí)間值ts1、ts2…ts10。根據(jù)測(cè)出的10個(gè)點(diǎn)的響應(yīng)時(shí)間值就可以分析判別IVCS響應(yīng)的快速性，并且測(cè)試結(jié)果可以以曲線(xiàn)圖形的方式直觀地表示出來(lái)。1.3 穩(wěn)定性指標(biāo)測(cè)試方法
根據(jù)穩(wěn)定性的定義：去掉作用于IVCS上的外界的擾動(dòng)后，IVCS動(dòng)態(tài)過(guò)程的振蕩傾向和IVCS的輸出c(t)能夠以足夠的精度恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)位置的能力。由此得出衡量IVCS穩(wěn)定性的兩個(gè)指標(biāo)：其一是衡量IVCS動(dòng)態(tài)過(guò)程的振蕩傾向的指標(biāo)，其二是輸出c(t)能夠以足夠的精度恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)位置的能力的指標(biāo)。
1.3.1 衡量IVCS動(dòng)態(tài)過(guò)程的振蕩傾向的指標(biāo)Δn
工業(yè)上，不同工況對(duì)系統(tǒng)振蕩傾向的要求也不同，如制藥中對(duì)此要求非常嚴(yán)格。因?yàn)樗幊煞值呐浔炔煌�，產(chǎn)生的藥效就不一樣，甚至嚴(yán)重的還可能還會(huì)導(dǎo)致醫(yī)療事故，所以制藥上所用的閥門(mén)對(duì)振蕩傾向要求很?chē)?yán)格，要求閥門(mén)就穩(wěn)定在一個(gè)位置，基本上能克服任何干擾的影響。當(dāng)然對(duì)于石油、冶金業(yè)來(lái)說(shuō)，這方面的要求就不那么嚴(yán)格了。因?yàn)镸FTS是通用的測(cè)試儀，當(dāng)然也包含這一性能指標(biāo)的測(cè)試。
對(duì)于振蕩傾向指標(biāo)的測(cè)試，用IVCS輸出達(dá)到誤差范圍內(nèi)的穩(wěn)態(tài)值時(shí)，輸出c(t)隨時(shí)間推移出現(xiàn)的抖動(dòng)的次數(shù)率Δn來(lái)衡量，即Δn=∑ni/t（次/小時(shí)），如圖3所示。測(cè)試過(guò)程如下：某時(shí)給定IVCS輸入信號(hào)r，MFTS判斷系統(tǒng)穩(wěn)定后，以一小時(shí)為單位測(cè)試系統(tǒng)輸出抖動(dòng)的次數(shù)，測(cè)試24小時(shí)，即24次，從Δn1到Δn24。根據(jù)測(cè)試結(jié)果可以判別IVCS一天平均每小時(shí)抖動(dòng)次數(shù)、一天每小時(shí)抖動(dòng)次數(shù)范圍等，即一天平均每小時(shí)抖動(dòng)次數(shù)
，一天每小時(shí)抖動(dòng)次數(shù)范圍Min(Δn)≤Δn≤Max(Δn)，并且測(cè)試結(jié)果可以以曲線(xiàn)圖形的方式直觀地表示出來(lái)。1.3.2 恢復(fù)到原來(lái)平衡狀態(tài)位置的能力指標(biāo)
這個(gè)指標(biāo)指的是去掉干擾后，系統(tǒng)的輸出c(t)能夠以足夠的精度恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)位置的能力。
恢復(fù)到原來(lái)平衡狀態(tài)位置的能力指標(biāo)有兩個(gè)：一個(gè)是恢復(fù)的快速性Δt，一個(gè)是恢復(fù)的精確性Δe。取圖3中某個(gè)抖動(dòng)的波形來(lái)分析恢復(fù)到原來(lái)平衡狀態(tài)位置的能力指標(biāo)，放大后圖形如圖4所示。
測(cè)量方法:假設(shè)某時(shí)刻系統(tǒng)的輸入信號(hào)為r1，輸出穩(wěn)定在c1，此時(shí)給一個(gè)干擾信號(hào)，使輸入信號(hào)瞬間由r1變?yōu)閞2，又由r2變?yōu)閞1，輸出穩(wěn)定后為c2。那么恢復(fù)的精度Δe的測(cè)量方法是
，恢復(fù)的快速性Δt的測(cè)量方法是
。
2 MFTS的功能需求及實(shí)現(xiàn)
結(jié)合MFTS的測(cè)試原理及IVCS的職能框圖，得出MFTS職能方塊圖如圖5所示，虛線(xiàn)框內(nèi)為IVCS職能方塊圖。由圖5可見(jiàn)，MFTS一方面需要測(cè)試IVCS的控制性能（穩(wěn)、準(zhǔn)、快），另一方面還需要測(cè)試控制模塊的控制精度及閥門(mén)流量的實(shí)際精度。MFTS給定測(cè)試信號(hào)r(t)給IVCS，IVCS輸出信號(hào)c(t)經(jīng)位置傳感器反饋回MFTS，MFTS根據(jù)反饋的信號(hào)實(shí)時(shí)地與給定信號(hào)r(t)比較，得出IVCS的控制性能。此外，控制模塊的輸出信號(hào)反饋給MFTS與給定信號(hào)r(t)比較，以測(cè)試控制模塊的控制精度，閥門(mén)的輸出信號(hào)q(t)經(jīng)流量計(jì)反饋回MFTS與給定信號(hào)r(t)比較，以測(cè)試閥門(mén)流量的實(shí)際精度以及閥門(mén)開(kāi)度和閥門(mén)實(shí)際流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
因此根據(jù)IVCS測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)架、MFTS的工作原理及其測(cè)試原理，MFTS應(yīng)具備以下一些功能。
(1)與上位機(jī)（PC機(jī)）的通信功能
MFTS直接與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，應(yīng)具有串行通信接口，能內(nèi)嵌利用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)思想實(shí)現(xiàn)的自定義通信協(xié)議。上位機(jī)以自定義的通信協(xié)議，以主從通信的方式，可同時(shí)控制多個(gè)MFTS，同時(shí)自動(dòng)完成多臺(tái)IVCS的測(cè)試。
(2)8路ADC和DAC功能
MFTS通過(guò)輸出4～20mA電流模擬信號(hào)作為測(cè)試信號(hào)給IVCS，需要DAC功能；同時(shí)，MFTS需要檢測(cè)IVCS反饋的表示閥門(mén)開(kāi)度的電流模擬信號(hào)，需要ADC功能；由于MFTS需要具備同時(shí)測(cè)試8組IVCS的能力，所以MFTS需要8通道的ADC功能和8通道的DAC功能。
(3)8路脈沖檢測(cè)功能
如圖5所示，MFTS需要附加檢測(cè)每個(gè)IVCS中的閥門(mén)的開(kāi)度和閥門(mén)的實(shí)際流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系及閥門(mén)流量精度，流量計(jì)檢測(cè)的流量信號(hào)通常以脈沖信號(hào)的方式輸出，所以MFTS應(yīng)具有脈沖檢測(cè)功能，為配合系統(tǒng)的測(cè)試功能，MFTS需要同時(shí)檢測(cè)8路流量計(jì)的信號(hào)，需要8路脈沖檢測(cè)功能。
(4)人機(jī)交互及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)
MFTS需要能在脫離上位機(jī)狀態(tài)下獨(dú)立工作，提高測(cè)試系統(tǒng)工作的靈活性，所以MFTS需要很強(qiáng)大的人機(jī)界面和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，人機(jī)界面包括鍵盤(pán)、顯示、打印功能。顯示方式以點(diǎn)陣液晶顯示為佳，能顯示漢字、曲線(xiàn)。MFTS作為一個(gè)獨(dú)立的測(cè)試儀，能同時(shí)測(cè)試8組IVCS，所以需要有很大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量來(lái)保存記錄和測(cè)試結(jié)果，以便日后測(cè)試人員調(diào)用顯示或打印分析檢驗(yàn)測(cè)試結(jié)果。
根據(jù)上述需求，得出MFTS的功能框圖如圖6所示。
其中測(cè)試儀CPU選用高性能超低功耗16位MSP430149系列的單片機(jī)作為核心處理器。該單片機(jī)具有豐富的片內(nèi)資源，具有8通道的12位A/D轉(zhuǎn)換器ADC12，10路PWM功能實(shí)現(xiàn)10通道12位DAC功能，2個(gè)同步/異步串行通信接口實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的RS-485通信及打印機(jī)的接口，數(shù)十個(gè)可實(shí)現(xiàn)方向設(shè)置及中斷功能的I/O口實(shí)現(xiàn)8路脈沖檢測(cè)功能，60KB+256B FLASH ROM和2KB的RAM實(shí)現(xiàn)大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。選用該系列單片機(jī)能單片實(shí)現(xiàn)MFTS的功能，無(wú)須再擴(kuò)展外部模塊，可提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，降低系統(tǒng)成本。
本文根據(jù)工業(yè)閥門(mén)控制系統(tǒng)的測(cè)試的需求，提出了較為完善的工業(yè)閥門(mén)控制系統(tǒng)（IVCS）測(cè)試方案。所開(kāi)發(fā)的多功能工業(yè)閥門(mén)控制系統(tǒng)測(cè)試儀（MFTS）已成功地應(yīng)用于工業(yè)閥門(mén)控制系統(tǒng)的測(cè)試，給生產(chǎn)和維護(hù)IVCS帶來(lái)了便利，提高了企業(yè)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力和生產(chǎn)效率，為企業(yè)帶來(lái)了巨大的效益。
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