1 机械传动试验台机构
机械传动试验台根据加载方式不同主要分为两种结构，一是封闭电功率流型机械传动试验台，采用电动机进行模拟加载的封闭结构;其优点是组合方便，节能效果好，易于实现自动化。二是开放电功率流型传动试验台，其虽然有能量消耗大，使用不经济等缺点，但具有结构和控制系统简单、配置灵活、通用性好、成本低等优点，因此在机械运动试验中仍然得到广泛的应用。笔者所设计的试验台属于开放电功率流型传动试验台，图1为试验台实物照片。
图1 机械传动试验台
交流伺服电动机提供试验所需的动力，并由插在工控机主板上的运动控制卡及伺服驱动器来控制和驱动;两个转速扭矩传感器分别安装在被测试传动件的输入、输出端，用以测试输入、输出转速和扭矩，该项测试任务由JW3效率仪完成，并通过串口将数据传送至工控机;增量式光栅编码器用来测量被测试传动件的输出轴转角，并通过串口将数据传送至工控机，编码器安装在被测试传动件的输出端;减速器用来减小被测试传动件的输出转速，从而达到放大磁粉制动器制动能力的作用;磁粉制动器为试验提供负载，而负载的大小由直流控制电源来控制。
2 试验台测控系统软件的设计
2.1 测控系统软件的总体设计
软件是测控系统的灵魂，没有测控软件，测试工作是无法完成的。本测控系统的软件主要实现机械传动试验台的测试和试验台的控制工作，要求功能完善、操作简单、适应试验现场、人机接口良好和运行稳定可靠;此外，该系统还包括参数设置、多种机械传动试验、帮助功能和测试结果图形显示等模块。
由于试验台测控系统需要实现的功能很多，故采用工业控制计算机作为测控系统的主机。工控机采用研华公司的产品。该产品型号为ADVANTECHIPC-610L，内存为512 M，处理器为Pentium2.8 G，硬盘存贮空间为80 G。IPC-610L工控机专门为各种工业现场定做，适合于对数据采集、处理有极高要求的行业，能为各行业提供高性能、高可靠性的工业级计算机平台。IPC-610L工控机上有两个串口，可分别用于和效率仪、光栅编码器的数据通讯。选用目前最为常见的Windows 2000或Windows XP作为工控机操作系统，并且采用应用广泛的Visual C++作为软件的开发工具。
对于试验者，机械传动试验台测控软件应该提供系统设置功能、单个设备(主要是指伺服电动机、效率仪和光栅编码器)的调试功能、各个试验项目的操作界面、试验参数的设定功能、数据采集、分析功能和有关各个试验项目的在线帮助等功能。而针对每一个试验项目，首先需要进行的是试验参数的设定，试验者可以根据实际情况来设定这些参数。参数设置之后即开始试验，此时主要涉及到伺服电动机的控制、试验数据的采集和分析。可充分利用Visual C++支持多线程的特性来分别完成这些繁杂的控制、测试任务。在工控机的控制下，运动控制卡、伺服电动机可独立完成其运动控制;下位机效率仪、光栅编码器自身可以独立完成实时数据集任务并将试验数据传送至上位工控机。这种上位机一下位机的结构使得数据的实时采集在后台完成，保证了数据采集与界面更新间的同步，提高了程序的执行效率。测控软件的一个重要功能就是实时、直观地显示数据。为使数据显示直观、界面美观，数据采集采用数字显示和各种动态实时曲线相结合的多种显示方式。对于这些原始的试验数据，测控软件可以随时对其存盘，以.xls格式保存为Excel文档;对于各种实时曲线，也可以随时以位图形式对其存盘。另外，测控软件还针对每个试验提供了相应的帮助功能，这些帮助功能介绍了每个具体的试验项目原理、试验方法、试验操作规范等，指导试验者正确地完成每个试验项目。机械传动试验台测控软件的功能结构如图2所示。
图2 机械传动试验台测控软件的功能结构
2.2 控制软件的实现
试验台测控系统的控制软件主要用于完成电动机的控制，电动机控制系统的硬件结构采用工控机、运动控制卡和伺服驱动器结合的方式来控制电动机。控制系统的软件编程主要是运动控制卡MPC08在Windows平台下，采用VC6.0开发工具，进行运动控制系统的开发，通过运动控制卡来控制伺服电动机的启停、电动机的转速及转向等。MPC08配备了功能强大、内容丰富的Windows驱动程序和DLL函数库。因VC6.0支持Window。标准32位动态链接库(Dynamic Link Library，DLI)的调用，在运动控制卡安装完成后，用户只需通过VC++开发工具，调用MPCOB提供的DLL函数库，即可完成电动机控制系统的开发。本试验台测控系统采用隐式方式调用动态链接库。隐式调用需要如下文件：DLL函数声明头文件MPC.h，编译连接时用的导入库文件MPC08.lib，动态链接库文件MPC08.dll和设备驱动程序MPC08.sys。
2.3 测试软件的实现
本试验台测控软件的测试系统主要用于完成试验件输入、输出转速，输入、输出转矩和试验件输出端转角的测量。具体的测量任务均由专用的设备(效率仪、光栅编码器)完成，这些设备将采集到的数据按照一定的格式，通过串口传送至上位机即工控机。工控机只需提供效率仪、光栅编码器串口设置的界面，通过串口完成数据的接收以及对采集的数据进行处理即可。因此，本试验台测控软件中测控系统的软件设计，主要内容是工控机与单片机(效率仪、光栅编码器均以单片机作为微处理器)之间串口通讯的实现。
VC++提供的MSComm控件通过串行端口发送和接收数据为应用程序提供串行通信功能，使用非常方便。本试验台测试系统通过两个MSComm控件，采用事件驱动方式，实现工控机与效率仪、光栅编码器间的数据通信。
3 试验验证
为验证本试验台测控系统设计的可行性，现通过试验台对滤波减速器进行效率、传动精度、空程回差等综合性能试验。滤波减速器主要性能参数：重量为0.907 kg，外形尺寸为币φ110 mm×51.9 mm，传动比为160。
准备工作完成后，即可以开始滤波减速器的各项试验。在做减速器的效率试验时，通过效率试验操作界面将试验件的输人转速设置为320 r/min，在轻载情况下测试其传动效率，试验时滤波减速器效率一时间曲线界面如图3所示，其他试验项目的操作步骤大致与效率试验类似。
图3 效率试验中实测滤波减速器效率—时间曲线界面
4 结 语
本试验台将计算机控制、伺服驱动等技术应用于机械传动试验系统，提高了试验系统的性能。以工控机为核心并配置相应的运动控制卡、伺服驱动器和数据采集仪器(效率仪、光栅编码器)，可以较好地完成试验中的运动控制、数据采集和处理任务。运动控制卡与伺服驱动器相结合的结构，使得试验中对速度的精确控制得以实现;数据采集系统中的上位机一下位机的结构，有利于提高数据采集的实时性，这些措施提高了整个试验系统的试验精度，已通过实例验证本设计系统的正确性。
