關(guān)于水輪機(jī)計算機(jī)輔助測試系統(tǒng)方案改進(jìn)的探討

梁晨

【摘要】作為一個大型設(shè)備，水輪機(jī)在工作過程中會有較大的波動性，在使用計算機(jī)輔助測試計算時其數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性不高，而且，水輪機(jī)工作時其參數(shù)眾多，因此進(jìn)行實驗時如果計算機(jī)的CPU計算性能不夠，就可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)延后，影響計算結(jié)果。為了能夠使水輪機(jī)計算機(jī)輔助測試系統(tǒng)的性能最大化，技術(shù)人員需要從數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性、精準(zhǔn)度等方面進(jìn)行改進(jìn)，本文對此進(jìn)行了重點分析。

【關(guān)鍵詞】水輪機(jī)；計算機(jī)輔助；數(shù)據(jù)采集

為了提高測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性，除了軟件消波、硬件消波方式外，技術(shù)人員還可根據(jù)水輪機(jī)實際構(gòu)造采用穩(wěn)流桶降低波動，以獲取最佳的穩(wěn)定性能。為了提高數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度，技術(shù)人員需要在實驗前進(jìn)行預(yù)實驗，排除系統(tǒng)硬件的誤差。實驗前需要根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行基本數(shù)據(jù)分析，根據(jù)預(yù)期數(shù)據(jù)選擇合適的測試軟件。在實驗過程中如發(fā)現(xiàn)實驗的數(shù)據(jù)延后，需選擇低頻率重新進(jìn)行實驗，否則實驗數(shù)據(jù)會有很大誤差，對后續(xù)工作也有很大影響。

1、水輪機(jī)計算機(jī)輔助系統(tǒng)的定義和進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時的注意事項

1.1簡介水輪機(jī)計算機(jī)輔助測試系統(tǒng)

計算機(jī)輔助測試系統(tǒng)是指通過計算機(jī)來對實驗設(shè)備的具體實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、分析。該系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用于各大工程中，對于實驗設(shè)備的狀態(tài)分析、數(shù)據(jù)采集有著巨大的作用。計算機(jī)輔助測試系統(tǒng)可分為兩個部分，硬件傳感部分和軟件分析部分，硬件部分負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和傳輸，軟件部分負(fù)責(zé)對所取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算、分析，這兩個部分需要有足夠的兼容性。如果這兩個部分的兼容性不佳，就會導(dǎo)致數(shù)據(jù)穩(wěn)定性、精準(zhǔn)度下降，對實驗造成嚴(yán)重影響。使用計算機(jī)輔助系統(tǒng)進(jìn)行水輪機(jī)實驗可以有效的提高水輪機(jī)實驗的精準(zhǔn)度，降低實驗的難度，而且所獲得的數(shù)據(jù)眾多，利于技術(shù)人員對水輪機(jī)進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)。而在使用水輪機(jī)計算機(jī)輔助測試系統(tǒng)時可能會出現(xiàn)一些問題，下文進(jìn)行分析。

1.2數(shù)據(jù)采集時需要注意數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性

水輪機(jī)屬于大型設(shè)備，在工作過程中它工作狀態(tài)會受到各種各樣的因素影響，比如水頭流量值、水流的波動速度等。在使用計算機(jī)輔助測試系統(tǒng)時，如果不能將這些波動去掉，就會導(dǎo)致數(shù)據(jù)記錄不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響工作人員對水輪機(jī)性能評估。為此，技術(shù)人員需要采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)來進(jìn)行濾波工作，通過濾波來降低外界因素對數(shù)據(jù)采集工作影響。

1.3數(shù)據(jù)采集時需要注意數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度

數(shù)據(jù)精準(zhǔn)是每個測試實驗的要求，如果實驗所得數(shù)據(jù)精確度較低，進(jìn)行實驗也意義不大。水輪機(jī)計算機(jī)輔助測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)誤差主要集中在數(shù)據(jù)計算階段，水輪機(jī)實驗過程中數(shù)據(jù)波動較大，如果計算機(jī)的計算速度無法跟上數(shù)據(jù)采集的速度，就可能造成數(shù)據(jù)時間軸延后，影響數(shù)據(jù)的精確度。為此，測試人員在進(jìn)行實驗的過程中，要重視數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，技術(shù)人員需要了解本次水輪機(jī)實驗的目標(biāo)和預(yù)期性能，根據(jù)預(yù)期性能調(diào)整計算機(jī)的數(shù)據(jù)采集速度。

2、改進(jìn)水輪機(jī)計算機(jī)輔助測試系統(tǒng)的具體方案

2.1采用合適的軟件來提高測試性能

提高測試性能的方式有兩種，提升硬件性能和提升軟件性能。而提升硬件性能的成本很高，故在此采取提升軟件性能的方式來提高計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的性能。合適的測試軟件應(yīng)具有很強(qiáng)的即時性，即所用語言生成的代碼應(yīng)有較高的執(zhí)行效率。在進(jìn)行數(shù)據(jù)運算和處理中，要求所用語言應(yīng)有較強(qiáng)的數(shù)值計算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲及圖形顯示等綜合處理能力。因此，技術(shù)人員需要熟練的掌握各種可用軟件，并了解每一款軟件的使用范圍，在進(jìn)行水輪機(jī)實驗時，技術(shù)人員要根據(jù)實驗的特點來選擇合適的測試軟件，來最大化計算機(jī)輔助測試系統(tǒng)的計算性能。

2.2采用濾波技術(shù)提高數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性

計算機(jī)輔助測試系統(tǒng)的濾波方式有兩種，軟件濾波和硬件濾波。軟件濾波是一種普遍應(yīng)用的濾波方式，它也可分為兩種，通過計算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行初次分析，通過分析得知數(shù)據(jù)的外界波動的所在位置，再通過反向消波技術(shù)來抵消掉原有波形，這種濾波方式無需改變原有的結(jié)構(gòu)，且具有很強(qiáng)的靈活性和很廣的適用面。另一種軟件消波可以通過長時間的記錄數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計算，最后取平均值，該方法的程序簡單，可以用在各種型號的實驗機(jī)器上，而且該方案成本低廉，適合各種實驗。缺點是該方案的準(zhǔn)確性不高。另外，現(xiàn)階段計算機(jī)輔助測試系統(tǒng)普遍內(nèi)置了A/D硬件，使用軟件消波的意義不大。而且，軟件濾波有著一定的滯后性，如果使用不當(dāng)，不僅不能提高數(shù)據(jù)采集工作的穩(wěn)定性，而且還會使得數(shù)據(jù)失真，所以，使用軟件濾波還需謹(jǐn)慎。

硬件消波是指計算機(jī)輔助測試系統(tǒng)通過內(nèi)置的A/D硬件，對周圍環(huán)境進(jìn)行主動的感知。硬件消波的速度快、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)，可以有效的消除水輪機(jī)工作時的外部波動的影響，提高數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性，具有很強(qiáng)的實用性。使用硬件消波的成本較高，因此該方案不適用于小型測試工作。另外，使用硬件消波需要計算機(jī)在進(jìn)行輔助測試實驗前進(jìn)行預(yù)計算，這會耗費相當(dāng)長的一段時間，測試人員在使用時需要注意。

2.3調(diào)整實驗方案，提高數(shù)據(jù)采集的精確度

使用計算機(jī)輔助測試系統(tǒng)進(jìn)行水輪機(jī)測試，目的是得到精準(zhǔn)的模擬數(shù)據(jù)。如果得到數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度較低，實驗的意義不大。影響測試精準(zhǔn)度的因素主要有數(shù)據(jù)響應(yīng)時間誤差和A/D傳感誤差。A/D誤差由計算機(jī)測試系統(tǒng)的硬件決定，為了消除該誤差，測試人員在實驗前，需要進(jìn)行預(yù)實驗，分析出A/D誤差的大致數(shù)值，即可大幅減輕該誤差的影響。數(shù)據(jù)響應(yīng)時間誤差適應(yīng)性是數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度的重要因素，由于計算機(jī)CPU的計算能力有限，如實驗的核心頻率過高，將導(dǎo)致數(shù)據(jù)延后，影響數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度。為了提高測試數(shù)據(jù)的精確度，必須盡量降低數(shù)據(jù)的產(chǎn)生速度、提高數(shù)據(jù)采集速度，使測量值盡量接近真實情況。技術(shù)人員在實驗前，要預(yù)期數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單分析，預(yù)估數(shù)據(jù)的產(chǎn)生速度能否在CPU的計算速度范圍之內(nèi)，在實驗時要控制數(shù)據(jù)產(chǎn)生的速度。如果實驗過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)延后，要重新設(shè)計實驗方案，重新進(jìn)行實驗。進(jìn)行輔助測試時，技術(shù)人員要選擇好的數(shù)據(jù)采集軟件，以便將計算機(jī)系統(tǒng)的計算能力最大化。一個好的數(shù)據(jù)采集軟件，其程序應(yīng)該是精練高效的、廣泛兼容的，應(yīng)盡可能地壓縮、減少數(shù)據(jù)傳輸和轉(zhuǎn)換的時間，充分利用A/D傳感器的轉(zhuǎn)換速度。技術(shù)人員還可以通過設(shè)計“數(shù)據(jù)緩沖區(qū)”來減少CPU的計算負(fù)擔(dān)，通過延長實驗時間來提高實驗的精準(zhǔn)度。

3、結(jié)語

水輪機(jī)使用計算機(jī)輔助測試系統(tǒng)可以精確的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析，可以方便快捷的讓測試人員了解水輪機(jī)的各項性能，進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)，對于水利工程有著巨大的意義。由于水輪機(jī)工作時各項參數(shù)波動較大，使用計算機(jī)輔助計算系統(tǒng)進(jìn)行水輪機(jī)測試會使得數(shù)據(jù)的波動很大，因此需要使用合理的方式來提高數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

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