基于NI-DAQ卡的舵機綜合測試系統

李研生魏建新常永亮.中國飛行試驗研究院航電所；.中國飛行試驗研究院測試所

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基于NI-DAQ卡的舵機綜合測試系統

李研生1魏建新2常永亮2
1.中國飛行試驗研究院航電所；2.中國飛行試驗研究院測試所

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本文介紹了基于NI公司DAQ卡的舵機綜合測試系統的設計方法，在軟件開發中較好的給出了舵機部分參數的測試方法和測試流程，并對軟件的測試與數據的容錯設計作了簡要介紹.利用本系統實現舵機的各參數性能全面測試，對開發新產品具有實用價值和理論指導意義。

舵機系統已被廣泛應用于飛機及導彈自主飛行過程中的姿態控制。特別在導彈發射離機前，需要對舵機舵面進行零位檢查，進而判斷舵機系統對于控制系統的控制響應是否及時、正確。在飛機及導彈研制及飛行試驗過程中，舵機的工作效能檢查是整個試驗內容的關鍵狀態點。針對舵機系統開展的關鍵參數采集、記錄及分析變得極為重要。

舵機測試涉及對舵機全機功能、各技術參數、工作程序、各種開關量信號的響應和舵機輸出信號的響應進行全面綜合檢測，其性能指標直接影響飛行的安全，測試精度要求較高。為適應現代武器裝備研制所提出的高效率、高精度、智能化的研究理念，本文通過采用NI公司（美國國家儀器公司）的DAQ卡組成的測試系統進行測試，介紹了多參數舵機測試系統的技術特點和實現方案，以硬件設備的功能為立足點，通過對舵機系統性能指標深入了解的基礎上，通過軟、硬設計，達到了對舵機關鍵參數測試采集的目的，具有良好的可推廣前景。

測試系統硬件設計

該舵機測試系統硬件部分主要包括工控計算機、DAQ卡、供電及信號輸入裝置。

（1）工控計算機

工控計算機是分析處理數據的中心，對工控計算機的選擇主要是根據應用軟件對計算機系統配置要求進行的。VC6適用于Windows操作系統的各種版本。硬件要求：Inter Pentium Ⅳ或更高的處理器，至少512MB RAM，硬盤需要80GB可用空間，至少三個空余的PCI插槽。

（2）DAQ卡

根據測試穩定性及可靠性的要求，選用了兩塊成熟的PCI-6024E卡作為數據采集卡，可完成模擬信號采集、濾波及模數轉換等功能的實現。采用一塊PCI-6509卡，用于PCI總線計算機的工業96通道5V TTL/CMOS數字I/O模塊。

（3）供電及信號輸入裝置

a.直流供電模塊：提供控制用直流電壓，以及電磁閥線圈電壓。

b.信號發生模塊：主要是對電磁閥的控制信號及舵機各種信號的產生和放大，配合測試軟件使用。

c.信號轉接模塊：信號發射模塊與PCI-6024E卡采集卡間線路連接。

d.I/O連接器： 68- pin SCSI-II 。

舵機測試系統組成如圖1所示。

測試系統軟件設計

程序結構設計

圖1 測試系統組成框圖

圖2 舵機測試軟件主界面

根據測試系統功能設計的要求，測試系統軟件組成框圖如圖3所示。

軟件的開發按軟件工程規范進行，使開發的風險與錯誤都在可控范圍之內，各類構思和設計首要保證實時性與數據的準確性，在進行各模塊劃分時對本測試系統全局考慮是關鍵。

各測試模塊按功能劃分，每個模塊可獨立測試也可按需選擇測試。

測試系統軟件執行階段

舵機測試系統測試過程分為以下幾個主要部分，首先，對測試任務模塊進行初始化設置，其次通過軟件控制測試板卡進行關鍵參數模擬量的采集及模數轉化，第三對輸出的數字量進行記錄及實時顯示，并完成誤差調節，最后，對測試數據結果進行輸出，便于后續分析。由上述分析可以看出，測試軟件執行可分為四個階段和一個特定階段，如圖4所示。

根據舵機系統測試任務的需要，依次進行測試卡相應參數及通道設置，隨后完成測試模塊及數據采集順序的設置。系統可通過完成不同測試任務的專用測試功能實現多參數綜合測試，一次設定在下次設置前一直有效，設置后在下次執行時有效。

初始化主要是按前次的設置進行有效地測試前的系統初始化，包括對信號控制箱的初始化。

圖3 測試系統軟件組成框圖

圖4 測試軟件的階段

執行在于對測試定義的實現，完成特定測試任務所要求的數據采集與模擬量的轉換工作，根據測試定義的要求，對各測試通道的采集數據進行計算；或者通過信號控制箱或軟件設置改變開關量狀態，控制實時改變測試通道進行相應的測試。

處理的功能實現在于得到測試所要求的數據結果，如對靜態參數測量中，按照各測試通道標定系數，將測試通道所記錄的電壓值轉換為物理量值，進一步按照計算要求進行計算，得到測量的結果。或者是根據對所采集數據生成圖形曲線，將測試結果實時顯示在主界面。

輸出的功能在于打印輸出符合試驗報告的結果報表。

主要模塊的設計

舵機測試系統涉及交直流電壓、電流、主（輔）油壓、相位、輸出信號大小、活塞桿位移、速度等一百多個參數。主要測試模塊為：模擬量獲取、開關量獲取與設置、運行和密封性檢查、舵機狀態開環極性檢查等十幾個測試模塊。

模擬量獲取

對兩個PCI-6024E卡的32路模擬輸入口的數據進性實時串行采集，每個卡每秒采2000個點實時保存于一個對應的大數組里，保證在一些測試模塊中進行相應位移、速度、主（輔）油壓、進油壓力、主電流等參數計算時的數據需要。

開關量獲取與設置

在PCI-6509卡的96路通道中暫時只用了其中16路通道，在軟件和信號控制箱中只對相應的16路通道進行設置，通過信號控制箱控制PCI-6509卡的相應通道的輸入/輸出狀態，在軟件中通過對輸入/輸出狀態的實時判斷對PCI-6509的各通道的采集狀態進行控制。

運行和密封性檢查

主要檢查舵機的運行情況。在檢查過程中輸出元件應當移動均勻，沒有中斷、卡住。檢查舵機液壓部分的密封性，不得滴漏。

檢查連續檢測三次，已確保運行和密封性檢查準確性。

舵機狀態開環極性檢查

具體工作描述為：舵機工作狀態下，加入活門電壓，加入控制電流，3端接正，1端接負，舵機向外運動，伸出。2端接正，1端接負，舵機向里運動，縮進。

通過以上的要求對“舵機狀態開環極性檢查”進行測試，已達到對舵機性能的測試。

測試系統軟件的測試

軟件測試不單純是一個發現錯誤的過程，其中包含對軟件開發模型、軟件質量和開發商的評價，不完整的測試或者由于其他原因而終止測試，只能對整個項目造成無法估量的損害。本軟件測試是貫穿整個軟件開發生命周期的，必須對如下內容進行測試：

1.數據的正確性

2.數據安全性

3.數據的完整性

4.系統安全性

5.系統容錯性

6.出錯控制

7.功能完整性

從模塊測試到最后的集成測試都嚴格按軟件測試標準執行，最后，又經第三方和用戶的大量應用測試，最終使軟件滿足了用戶的需求。

數據的容錯設計

實際測試中，通過對采集到的信號進行分析后發現，控制信號波形良好，有的信號中則存在一定的干擾，因此對采集數據進行必要的容錯設計，在對數據采集方面要對前三秒數據進行丟去處理，已達到所采值準確性。在對各模塊中進行測試時，各種狀態至少測試三遍，狀態間切換時至少要有一秒的等待，以確保下個測試狀態的最佳。

結語

使用NI公司的DAQ卡組成舵機綜合測試系統，改變了以往主要人工舵機測試方法，信號控制箱面板簡潔明，人機交互性強。在前面板上進行操作，避免誤操作造成的物理損壞。該測試系統已通過驗收，性能符合要求。

本系統可對四臺舵機一百多參數進行測試和顯示，還可存儲及打印結果。

本系統在采用成熟硬件設備的基礎上，優化軟件設計流程，引入通用化，集成化的設計理念，既保證了測試精度、穩定性和可靠性，又可針對不同型號的舵機產品進行測試方案及參數的整合，極大的節約了產品的研發成本及研制周期，適應現代化裝備研制過程中提出的測試需求，具有較好的通用性及可推廣性。

10.3969/j.issn.101- 8972.2016.12.029