本文为刘健、孙会来、王佐勋等作者完成的研究，分别来自齐鲁工业大学（山东省科学院）、山东工商学院等机构，其中孙会来为通信作者。文章发表于《齐鲁工业大学学报》第38卷第2期，出版时间为2024年4月，DOI为10.16442/j.cnki.qlgydxxb.2024.02.002。本文是一篇关于液压系统性能优化与数据采集测试系统设计的研究论文，聚焦于装载机液压系统，提出了一种基于MATLAB/Simulink和LabVIEW的新型多通道数据采集与测试方法。
液压传动因其功率高、速度刚度大、配置灵活等特点，被广泛应用于工程机械装载机。然而，液压系统的性能受到温度、压力、流量等多种因素影响。如果液压系统的运行状态不能被有效监测并及时优化，可能会导致效率下降甚至故障。因此，性能测试系统的设计与优化成为液压行业的关键研究课题。过去国内外在数据采集测试的研究上已取得一些成果，但针对装载机液压系统的专门研究还较少。基于此，本文通过对装载机液压的工作原理及结构进行分析，设计了一种多通道液压数据采集测试系统，以实现同步数据采集、优化数据分析与性能改进。
研究的主要目标如下： 1. 设计一套完整的液压数据采集测试系统。 2. 通过24路信号的同步采集，全面测试装载机的关键参数。 3. 对液压系统进行性能诊断分析与优化建议。
装载机液压数据采集测试系统旨在满足以下需求： - 能够同步采集多个模拟信号和CAN总线信号； - 具有高速处理能力，支持24路信号； - 通过MATLAB/Simulink，能够与仿真模型交互； - 使用LabVIEW设计实时监控界面； - 记录数据并提供回看及分析功能。
需要采集的参数包括温度、压力、位移、电机转速与扭矩、比例阀电流等，具体的数据正常范围和信号来源参考表1。
硬件部分涵盖了计算机、CAN总线分析仪、控制器和多种传感器： - 传感器：项目中使用了温度传感器（TA3115）、压力传感器（PTE7100系列）和拉绳位移传感器（CLMD1），这些传感器精度高且满足工业需求。 - 控制器：选用POWERECU-57AL控制器，其具备34路模拟量、多路数字量和CAN总线通讯功能，控制循环时间短（10μs），支持与Simulink交互，完全适应该系统的复杂需求。 - CAN分析仪：型号为USB-CAN2.0，具备双向通讯能力，并支持高流量和隔离功能。
测试系统的软件部分分为数据采集程序的搭建与上位机监控界面的设计： - 数据采集程序设计： 在Simulink环境中搭建数据采集模型，模型分为模拟信号处理模块和CAN信号处理模块。前者通过10次均值滤波（可调参数）处理模拟信号，后者将解码的CAN信号按协议打包，并通过CAN发送模块输出。
此外，为提高抗噪能力，采集程序中引入了平均滤波和转换系数公式，分别用于模拟量信号降噪和平滑处理，以及温度量程的数字化转换。 - 上位机监控界面： 使用LabVIEW完成监控数据采集、传输、实时显示、存储和回看功能。界面主要分为三部分：数据监控、CAN通信监控、数据回看。数据监控界面实时显示压力、温度、位移等参数，支持生成动态曲线，并具有保存与回放功能。
在实验室完成系统调试后，研究团队将测试系统安装于装载机上进行实车测试，对液压系统的关键工况进行模拟： - 硬件安装：传感器和控制器分别安装在特定位置，确保采集过程完整且准确。 - 测试工况：通过模拟举升、翻斗、收斗和下放等四种典型工况，记录液压系统的关键参数特征，并验证采集系统的同步性和准确性。
测试过程中，系统成功采集了24路数据信号，包括温度、压力、位移、手柄信号、电机转速等。这些数据通过LabVIEW界面实时显示，并提供了保存和回放功能。
同步性与覆盖性测试： 数据采集系统能够在装载机实际工况下同步采集所有信号，实时反映系统状态（如表3所示），数据覆盖范围符合预期，包括压力在0~300 bar的动态变化、温度-50~150℃的范围等。
信号准确性测试： 在装载机举升过程中对特定时刻的数据分析表明，各参数的值均在正常范围内，说明测试系统提供了可靠的数据支持。
数据回看功能： 实车测试完成后，系统通过回看功能显示了举升电流、翻斗电流等参数变化曲线，这对深入分析液压系统性能具有重要意义（如图10所示）。
本文设计的基于MATLAB/Simulink和LabVIEW的多通道液压数据采集测试系统，通过软硬件结合实现了对装载机液压系统的重要参数的实时监控与全面记录。系统的实车测试表明，其性能满足24路信号的同步采集要求，能够精准反映液压系统的动态特性，具有优秀的应用价值。通过该系统的优化与诊断功能，可推动装载机液压系统设计与生产工艺水平的提升。
通过对本研究成果的全面梳理，可见其不仅为装载机液压系统的性能优化提供了技术支持，还为多通道数据采集系统设计提供了参考案例。