基于NIReal-Time Hypervisor的液压摇摆台实时测控系统设计

　　液压传动具有输出力大、质量轻、惯性小、调速方便以及易于控制等优点，广泛应用于工程机械、建筑机械和机床等设备上^[1]。随着机电一体化技术的高速发展，电子技术和液压传动技术相结合，给传统的液压技术与控制技术增加了活力，扩大了应用领域。LabVIEW 软件是美国 NI 公司开发的虚拟仪器开发环境，广泛应用于仿真、仪器控制、测量分析、数据采集、数据显示等嵌入式应用系统的开发^{[2 -3]}。使用LabVIEW 软件和LabVIEW 实时( Real-Time) 模块并结合安装的NI 实时管理程序 ( Real-Time Hypervi-sor) ，开发面向系统中Windows 与LabVIEW 实时部分的应用程序^[4]。

　　作者主要利用虚拟仪器技术设计并实现双液压缸驱动摇摆平台的实时数据采集和双液压伺服缸的实时控制。利用 Real-Time Hypervisor 在一台PXI 控制器上实现Windows 系统和 LabVIEW RT 的并行运行，开发相应的非实时软件和实时软件，实现数据的实时测量和液压伺服缸的实时控制功能。与传统的测控系统方案相比，该方案只在一台控制器上同时运行实时系统和非实时系统，大大削减了硬件成本和物理封装，具有广泛的应用前景。

　　1 系统组成及数学模型

　　液压摇摆台实时测控系统主要由软件系统、PXI硬件系统、信号调理模块和双液压缸摇摆平台系统组成。软件系统包括在 Windows 系统下运行的人机交互界面和在 LabVIEW RT 下运行的实时测控软件，采用NI LabVIEW 2009 软件开发; PXI 硬件系统包括 PXI-1031 机箱、PXI-8108 控制器和PXI-6259 多功能DAQ卡，完成数据的实时采集、实时处理、液压伺服缸控制指令的下发等功能; 信号调理模块主要实现模拟和数字信号的调理; 摇摆台系统包括台体的机械结构、液压伺服缸、油源和传感器。其系统组成结构图如图1 所示。

　　精确的数学模型是进行摇摆台实时控制的理论依据。摇摆台的数学模型如图2所示: P1 为固定平台，P2 平台可在空间中按照一定的规律摇摆，D1、D2 分别为液压伺服缸，与平台P1、P2相连，点O 处为一万向节，可向任意方向转动，OQ 和OO'分别与平台P1 和P2 固连。O'A 与O' B 相互垂直。其中，Oy ∥ O' A，Ox ∥ O' B。在摇摆过程中，摇摆平台P2 首先绕'着Oy 轴旋转α角度，然后在保证α 不变的情况下，绕Ox'轴以±β'角度按正弦规律摇摆。

　　在α =10°、β = ±4°的条件下，通过 MATLAB 软件[5]仿真得到液压伺服缸D1、D2 行程轨迹，如图3所示。

　　2 测控系统硬件及软件选择

　　2. 1 系统硬件