，誤差范圍為Min(ε_ss)≤ε_ss≤Max(ε_ss)，并且測試結果可以以曲線圖形的方式直觀地表示出來。
1.2 快速性指標測試方法
    用IVCS輸出第一次達到誤差范圍內的穩(wěn)態(tài)值時所需要的時間t_s來表征IVCS的快速性，即，如圖3所示。測試過程如下：同樣以0.1rmax的量遞增的信號作為IVCS的輸入信號，即初始時刻給IVCS輸入信號為r1=0.1r_max，MFTS測得IVCS的輸出第一次達到誤差范圍內的穩(wěn)態(tài)值時所需要的時間為t_s1，那么此時表征IVCS響應快速性的指標即用響應時間t_s1來表示。依此類推直至測出10個點的響應時間值t_s1、t_s2…t_s10。根據(jù)測出的10個點的響應時間值就可以分析判別IVCS響應的快速性，并且測試結果可以以曲線圖形的方式直觀地表示出來。
1.3 穩(wěn)定性指標測試方法
    根據(jù)穩(wěn)定性的定義：去掉作用于IVCS上的外界的擾動后，IVCS動態(tài)過程的振蕩傾向和IVCS的輸出c(t)能夠以足夠的精度恢復到原來的平衡狀態(tài)位置的能力。由此得出衡量IVCS穩(wěn)定性的兩個指標：其一是衡量IVCS動態(tài)過程的振蕩傾向的指標，其二是輸出c(t)能夠以足夠的精度恢復到原來的平衡狀態(tài)位置的能力的指標。
1.3.1 衡量IVCS動態(tài)過程的振蕩傾向的指標Δn
    工業(yè)上，不同工況對系統(tǒng)振蕩傾向的要求也不同，如制藥中對此要求非常嚴格。因為藥成分的配比不同，產(chǎn)生的藥效就不一樣，甚至嚴重的還可能還會導致醫(yī)療事故，所以制藥上所用的閥門對振蕩傾向要求很嚴格，要求閥門就穩(wěn)定在一個位置，基本上能克服任何干擾的影響。當然對于石油、冶金業(yè)來說，這方面的要求就不那么嚴格了。因為MFTS是通用的測試儀，當然也包含這一性能指標的測試。
    對于振蕩傾向指標的測試，用IVCS輸出達到誤差范圍內的穩(wěn)態(tài)值時，輸出c(t)隨時間推移出現(xiàn)的抖動的次數(shù)率Δn來衡量，即Δn=∑n_i/t（次/小時），如圖3所示。測試過程如下：某時給定IVCS輸入信號r，MFTS判斷系統(tǒng)穩(wěn)定后，以一小時為單位測試系統(tǒng)輸出抖動的次數(shù)，測試24小時，即24次，從Δn₁到Δn₂₄。根據(jù)測試結果可以判別IVCS一天平均每小時抖動次數(shù)、一天每小時抖動次數(shù)范圍等，即一天平均每小時抖動次數(shù)，一天每小時抖動次數(shù)范圍Min(Δn)≤Δn≤Max(Δn)，并且測試結果可以以曲線圖形的方式直觀地表示出來。
1.3.2 恢復到原來平衡狀態(tài)位置的能力指標
    這個指標指的是去掉干擾后，系統(tǒng)的輸出c(t)能夠以足夠的精度恢復到原來的平衡狀態(tài)位置的能力。
    恢復到原來平衡狀態(tài)位置的能力指標有兩個：一個是恢復的快速性Δt，一個是恢復的精確性Δe。取圖3中某個抖動的波形來分析恢復到原來平衡狀態(tài)位置的能力指標，放大后圖形如圖4所示。

 

   

    測量方法:假設某時刻系統(tǒng)的輸入信號為r₁，輸出穩(wěn)定在c₁，此時給一個干擾信號，使輸入信號瞬間由r₁變?yōu)閞₂，又由r₂變?yōu)閞₁，輸出穩(wěn)定后為c₂。那么恢復的精度Δe的測量方法是，恢復的快速性Δt的測量方法是。

2 MFTS的功能需求及實現(xiàn)
    結合MFTS的測試原理及IVCS的職能框圖，得出MFTS職能方塊圖如圖5所示，虛線框內為IVCS職能方塊圖。由圖5可見，MFTS一方面需要測試IVCS的控制性能（穩(wěn)、準、快），另一方面還需要測試控制模塊的控制精度及閥門流量的實際精度。MFTS給定測試信號r(t)給IVCS，IVCS輸出信號c(t)經(jīng)位置傳感器反饋回MFTS，MFTS根據(jù)反饋的信號實時地與給定信號r(t)比較，得出IVCS的控制性能。此外，控制模塊的輸出信號反饋給MFTS與給定信號r(t)比較，以測試控制模塊的控制精度，閥門的輸出信號q(t)經(jīng)流量計反饋回MFTS與給定信號r(t)比較，以測試閥門流量的實際精度以及閥門開度和閥門實際流量的對應關系。

 

 

    因此根據(jù)IVCS測試系統(tǒng)的構架、MFTS的工作原理及其測試原理，MFTS應具備以下一些功能。
    (1)與上位機（PC機）的通信功能
    MFTS直接與上位機實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，應具有串行通信接口，能內嵌利用現(xiàn)場總線思想實現(xiàn)的自定義通信協(xié)議。上位機以自定義的通信協(xié)議，以主從通信的方式，可同時控制多個MFTS，同時自動完成多臺IVCS的測試。
    (2)8路ADC和DAC功能
    MFTS通過輸出4～20mA電流模擬信號作為測試信號給IVCS，需要DAC功能；同時，MFTS需要檢測IVCS反饋的表示閥門開度的電流模擬信號，需要ADC功能；由于MFTS需要具備同時測試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路脈沖檢測功能
    如圖5所示，MFTS需要附加檢測每個IVCS中的閥門的開度和閥門的實際流量的對應關系及閥門流量精度，流量計檢測的流量信號通常以脈沖信號的方式輸出，所以MFTS應具有脈沖檢測功能，為配合系統(tǒng)的測試功能，MFTS需要同時檢測8路流量計的信號，需要8路脈沖檢測功能。
    (4)人機交互及數(shù)據(jù)存儲
    MFTS需要能在脫離上位機狀態(tài)下獨立工作，提高測試系統(tǒng)工作的靈活性，所以MFTS需要很強大的人機界面和數(shù)據(jù)存儲功能，人機界面包括鍵盤、顯示、打印功能。顯示方式以點陣液晶顯示為佳，能顯示漢字、曲線。MFTS作為一個獨立的測試儀，能同時測試8組IVCS，所以需要有很大數(shù)據(jù)存儲容量來保存記錄和測試結果，以便日后測試人員調用顯示或打印分析檢驗測試結果。
    根據(jù)上述需求，得出MFTS的功能框圖如圖6所示。

 

    其中測試儀CPU選用高性能超低功耗16位MSP430149系列的單片機作為核心處理器。該單片機具有豐富的片內資源，具有8通道的12位A/D轉換器ADC12，10路PWM功能實現(xiàn)10通道12位DAC功能，2個同步/異步串行通信接口實現(xiàn)與上位機的RS-485通信及打印機的接口，數(shù)十個可實現(xiàn)方向設置及中斷功能的I/O口實現(xiàn)8路脈沖檢測功能，60KB+256B FLASH ROM和2KB的RAM實現(xiàn)大容量的數(shù)據(jù)存儲。選用該系列單片機能單片實現(xiàn)MFTS的功能，無須再擴展外部模塊，可提高系統(tǒng)運行的可靠性，降低系統(tǒng)成本。

    本文根據(jù)工業(yè)閥門控制系統(tǒng)的測試的需求，提出了較為完善的工業(yè)閥門控制系統(tǒng)（IVCS）測試方案。所開發(fā)的多功能工業(yè)閥門控制系統(tǒng)測試儀（MFTS）已成功地應用于工業(yè)閥門控制系統(tǒng)的測試，給生產(chǎn)和維護IVCS帶來了便利，提高了企業(yè)產(chǎn)品的競爭力和生產(chǎn)效率，為企業(yè)帶來了巨大的效益。
參考文獻
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