1.设备概述  

1.1.基本信息  

设备名称：座椅稳定性试验机  

设备型号：JQD-3  

座椅稳定性试验机按照YFJC要求定制，可完成座椅骨架和座椅成品的间隙刚度试验、座椅操作力测量、低载荷间隙刚度试验（位移小于1mm，力值小于10N）、泡沫特征曲线试验的测试等试验。  

1.2.技术指标  

1.2.1.外形尺寸  

1)主机外形尺寸（横向×纵向×高）：3000×2000×2200mm3；  

2)试验底平台：尺寸3000×2000×250mm3，T型槽开口在2000mm方向，间距150mm，T型槽宽14mm；  

1.2.2.主机框架  

1)电动缸垂直时，中横梁下台面距离地面1900mm；  

2)中横梁可上下移动，移动方式为电动，通过手控盒操作，可任意位置锁紧；  

3)中横梁上下移动有位移显示功能，可在软件中显示；  

4)试验框架前后可整体移动，移动方式为电动，通过手控盒操作，总移动距离为1000mm（一边预留400mm），可任意位置锁紧。  

1.2.3.电动缸  

1)最大推拉力：3000N；  

2)行程：400mm；  

3)速度调节范围：5mm/min至800mm/min；  

4)速度精度：1%；  

5)可左右移动，移动方式为电动，通过手控盒操作，可任意位置锁紧，有效移动距离为1600mm；  

6)可绕Z轴旋转，旋转方式为手动，旋转角度范围为±45°，可任意角度下固定，旋转松开时有防脱落螺栓保护；  

7)可绕横梁旋转，旋转方式为手动，旋转角度范围为0°至300°，可任意角度下固定；  

8)电动缸的伸出（分快慢速）、回退（分快慢速）和停止操作可通过手控盒完成，行走速度可通过软件设定。  

1.2.4.负荷传感器  

1)拥有1个独立的负荷采样通道，可匹配传感器；  

2)传感器由YFJC提供，量程范围为100N至3000N，数量不限；  

3)对于自身带信号放大的传感器可提供供电电源（供电电源类型请事先告知，且传感器信号输出要求在-10V至10V之间）；  

4)对于自身不带信号放大器的传感器可提供对应供电及信号放大模块（在采购前请先将传感器参数提供给我方，我方只提供一套信号放大模块，但会尽可能兼容更多的传感器，若传感器型号参数差异太大可配给不同的信号放大模块，无兼容性问题）。  

1.2.5.模拟量式位移传感器（LVDT）  

1)拥有4个独立的模拟量式位移采样通道，可匹配传感器；  

2)传感器由YFJC提供，量程范围不限，数量不限，为达到最佳试验匹配应尽可能选择量程与所测位移量接近的传感器；  

3)对于LVDT位移传感器可提供供电电源（供电电源类型请事先告知，且传感器信号输出要求在-10V至10V之间）。  

1.2.6.编码器式位移传感器  

1)拥有2个独立的编码器式位移采样通道，可匹配传感器；  

2)传感器由YFJC提供，量程范围不限，数量不限，为达到最佳试验匹配应尽可能选择分辨率足够支撑所测位移量的传感器；  

3)传感器要求是供电电源为5V的正交编码器式位移传感器。  

1.2.7.模拟量式角度传感器  

1)拥有1个独立的模拟量式角度采样通道，可匹配传感器；  

2)传感器由YFJC提供，量程范围不限，数量不限，为达到最佳试验匹配应尽可能选择量程与所测位移量接近的传感器；  

3)对于自身带信号放大的传感器可提供供电电源（供电电源类型请事先告知，且传感器信号输出要求在-10V至10V之间）；  

4)对于自身不带信号放大器的传感器可提供对应供电及信号放大模块（在采购前请先将传感器参数提供给我方，我方只提供一套信号放大模块，但会尽可能兼容更多的传感器，若传感器型号参数差异太大可配给不同的信号放大模块，无兼容性问题）。  

1.2.8.编码器式角度传感器  

1)拥有1个独立的编码器式角度采样通道，可匹配传感器；  

2)传感器由YFJC提供，量程范围不限，数量不限，为达到最佳试验匹配应尽可能选择分辨率足够支撑所测位移量的传感器；  

3)传感器要求是供电电源为5V的正交编码器式位移传感器。  

1.2.9.采样频率  

200Hz。  

1.2.10.AD转换精度  

16位。  

1.2.11.测量精度  

优于±0.5%F·S。  

1.2.12.控制精度  

优于±0.5%F·S。  

1.2.13.负荷控制负荷目标方式  

控制最大负荷超调量小于加载值的10%，且不低于加载值。  

1.2.14.位移控制位移目标方式  

控制最大位移超调量小于5mm。  

1.2.15.位移控制负荷目标方式  

控制最大负荷超调量小于加载值的10%，且不低于加载值；  

1.2.16.控制柜  

尺寸由YFJC提供，并增加AC220V、DC12和DC24V电源插口，其位置由YFJC给出。  

2.设备结构  

2.1.机械系统  

2.1.1.底平台  

灰铁（HT250）铸造，经过加工和去磁处理，精度2级，  

2.1.2.试验框架  

立柱采用无缝钢管精加工而成，横梁、立柱安装底座等采用钢板加工而成，如图2-3。  

2.1.3.框架前后移动机构  

采用钢板焊接加工而成，移动机构采用电机自动驱动，。  

2.1.4.电动缸升降机构  

采用精密滚珠丝杆、驱动电机、轴承、移动锁紧套等组成，。  

2.1.5.电动缸左右移动机构  

采用丝杆、驱动电机、锁紧机构等组成，  

2.1.6.电动缸旋转机构  

也叫角度调整机构，采用手轮和减速机手动调节，配角度刻度尺，  

2.2.电气控制及采集系统  

整个电气控制及采集系统可分为：电气拖动系统、伺服电动缸系统、运动控制系统和信号采集系统四部分。  

2.2.1.电气拖动系统  

电气拖动系统依托于标准机柜，是整台设备电力配给和电气逻辑控制的核心。所有信号的线材连接都在此部分完成，其在关键部位使用光电隔离式固态继电器和高品质屏蔽电缆有效减轻伺服电机系统运作时对控制信号和采样信号的干扰。  

2.2.2.伺服电动缸系统  

伺服电动缸系统用于接收控制电信号并根据控制信息控制电动缸行走，是整台设备动作执行部分的核心。  

作为执行部件的电动缸具有噪音低、节能、干净、高刚性、抗冲击力、超长寿命、操作维护简单等特点，可以在恶劣环境下长期工作，防护等级可以达到IP66。且电动缸在复杂的环境下工作只需要定期的注脂润滑，并无易损件需要维护更换，比液压系统和气压系统减少了大量的售后服务成本。同时还可以在缸体上安装前后感应式限位开关，配合伺服电机系统和运动控制系统工作，提高系统安全性。  

而作为控制部件的松下伺服电机系统可方便调整参数、监视状态和分析故障。其强大的智能化自动调整功能可替代通常的专业复杂地调试过程，轻松完成高速高响应，最高速度响应频率可达1kHz。控制方面，该伺服驱动器可接收高达2Mpps的脉冲指令，并内置瞬时速度观测器，可快速、高分辨率地检测出电机转速。实际使用中，伺服电机前端还安装有减速机，通过减速机连接到电动缸。  

2.2.3.运动控制系统  

运动控制系统的核心部件是NIPCI-7352运动控制卡。其主要特点有：  

Ø控制周期为250μm  

Ø从软件发送命令至命令得到响应最多只需5ms  

Ø内置数据采集，可提供200Hz采样频率的8路16位模拟输入  

Ø64条数字I/O线  

Ø以光电隔离接口形式兼容伺服使能、限位信号  

Ø可通过驱动函数设置前后限位  

Ø除本身的编码器主反馈外，其它8路16位模拟输入都可以用来做控制反馈  

Ø可通过驱动函数设置PID控制参数  

基于上述优点，使用NIPCI-7352运动控制卡作为伺服电动缸的控制，其控制效果好，长期稳定性佳，且根据驱动函数自带的状态监测可以方便地判断伺服电机系统运行状态，简化故障排查流程，增加试验设备工作效率。  

为了使用PCI接口形式板卡，我们采用研华工控机IPC-610L（300W电源）作为其载体。其特点有：  

Ø工业级母板  

Ø主板AIMB-763VG(5个PCI槽2个PCIE槽2串一并一个网口)  

Ø含CPUE5300/2G/500G/DVD/KB/MS/  

Ø前端配备2个USB，机箱前面板上的系统状态LED指示灯可显示电源、硬盘和系统电压的运行情况  

Ø有过滤内吹冷却风扇，可在整个机箱内维持正的空气循环  

Ø一年上门两年质保  

由于这些特点，使得IPC-610拥有很强的防干扰、防尘、防震、防扰流的能力，为NIPCI-7352稳定运行提供了坚实的平台。  

2.2.4.信号采集系统  

信号采集系统分为信号调理系统和数据采集硬件两部分。  

信号采集系统对于模拟量式传感器由信号放大模块和抗混叠滤波器组成，而对于编码器式传感器则无需增加信号辅助部件。  

数据采集硬件可分为模拟量信号采集硬件（卡）和编码器信号采集硬件（卡）两部分。其中NIPCI-7352内置8路模拟量信号采样通道供系统模拟量采样使用，而编码器式信号采样使用北京阿尔泰公司的PCI2394编码器采集卡。  

2.3.软件系统  

软件系统运行于研华工控机上，通过驱动函数与NIPCI-7352或者其它采集卡进行交互。其主要特点为：  

Ø运行于Windows操作系统，人机界面友好，操作简便，支持中英文界面显示  

Ø隐藏了大部分硬件配置参数，只留有用户需要使用的少量硬件配置参数，简化用户操作  

Ø可在硬件通道支持的范围内配置传感器系数，调用方便，互不干涉  

Ø软件启动后实时显示传感器采样瞬时值，试验时还可显示传感器采样最大值和最小值  

Ø可手动设置传感器保护值（默认为对应传感器量程），保护响应时间为5ms  

Ø可预置多种试验曲线数据处理方式，由用户提出并确认  

Ø试验曲线数据处理方式可配合试验运行参数形成一个整体的试验模块，各种组合设置灵活，调用方便，可实现全部参数的存盘和读取  

Ø可提供仅进行试验采样控制的手动试验模式  

Ø试验数据以二进制形式存储在文档中，读写速度远高于数据库形式，且大大提高连续记录数据量，减少长时间运行软件存储故障率  

Ø所有试验数据均支持导出至EXCEL表  

Ø可灵活设定多种条件检索试验记录  

Ø可实现多套试验报告模板并存，根据实际需要调用不同模板  

Ø可用任意2个传感器采样信号组成曲线  

Ø可同时显示所有传感器通道的曲线（颜色区分）  

Ø在试验曲线上可进行各种条件下的特征点查找  

Ø在试验曲线上可进行光标任意点查找（可与EXCEL导出数据匹配）  

Ø可根据需要获得曲线上任意点的切线数据  

Ø可对曲线中进行任意传感器信号进行绝对值处理显示