基于虛擬儀器的舵機(jī)控制器自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

雷鳴

摘 要：根據(jù)某型導(dǎo)彈舵機(jī)控制器組件及其分部件測(cè)試要求，設(shè)計(jì)了基于虛擬儀器技術(shù)的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。硬件部分由工控機(jī)、電源、測(cè)量?jī)x器和調(diào)理電路組成，工控機(jī)用來(lái)完成數(shù)據(jù)的采集和分析，并通過(guò)GPIB接口實(shí)現(xiàn)測(cè)量?jī)x器的控制；電源為被測(cè)產(chǎn)品提供工作所需環(huán)境；測(cè)量?jī)x器用于采集被測(cè)產(chǎn)品的參數(shù)；調(diào)理電路則為被測(cè)產(chǎn)品提供工作所需信號(hào)。測(cè)試軟件采用LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，具有成熟的開(kāi)發(fā)流程和高可靠性。

關(guān)鍵詞：舵機(jī)控制器；自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)；高可靠性；虛擬儀器

1 引言

虛擬儀器技術(shù)是儀器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物。它將傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)中由硬件實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)分析處理與現(xiàn)實(shí)功能，改由計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)配置以獲取調(diào)理信號(hào)為主要目的的I/O接口設(shè)備，以及實(shí)現(xiàn)不同測(cè)量功能的軟件對(duì)采集獲得的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、實(shí)時(shí)顯示、記錄成文檔。[1]

控制器是某型導(dǎo)彈舵機(jī)的重要組成部分。通過(guò)測(cè)試，可以暴露出舵機(jī)控制器及其分部件的缺陷，及早發(fā)現(xiàn)排除問(wèn)題，已完成性能驗(yàn)證、故障定位、調(diào)試生產(chǎn)、質(zhì)量控制和交付驗(yàn)收等。[2]本文針對(duì)舵機(jī)控制器的靜態(tài)和性能特性測(cè)試指標(biāo)，基于Labview虛擬儀器技術(shù)，設(shè)計(jì)出具有擴(kuò)展性和高可靠性的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，解決了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，測(cè)試效率低，測(cè)試數(shù)據(jù)不易管理等問(wèn)題。

2 測(cè)試系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

舵機(jī)控制器常溫測(cè)試設(shè)備主要由供電單元、信號(hào)調(diào)理單元與采集單元、信號(hào)發(fā)生與通訊單元、靜態(tài)參數(shù)測(cè)試單元、舵機(jī)電池電壓判斷電路測(cè)試單元、解鎖電路及解鎖判斷電路測(cè)試單元、測(cè)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及分時(shí)測(cè)控單元等部分組成。系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖1。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2.1 測(cè)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

該單元包括PXI控制器、多功能采集卡、通訊接口卡和PXI機(jī)箱。測(cè)控單元具有連接光纖網(wǎng)絡(luò)的軟硬件接口，具備接收MES系統(tǒng)下達(dá)的測(cè)試指令，能夠上傳設(shè)備狀態(tài)、測(cè)試數(shù)據(jù)；帶有顯示設(shè)備狀態(tài)的ANDON系統(tǒng)，具備與溫箱協(xié)同工作的能力；能夠?qū)y(cè)試設(shè)備是通用儀器及各組成部分進(jìn)行控制和管理，采集測(cè)試數(shù)據(jù)，具備數(shù)據(jù)分析、報(bào)表生成、數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)上傳等功能。

2.2 信號(hào)發(fā)生與通訊單元

該單元包括主機(jī)、通訊接口單元，實(shí)現(xiàn)RS422通訊功能，輸出控制控制器測(cè)試所需要的控制信號(hào)、上電自檢、電池激活和舵機(jī)解鎖等指令。

2.3 信號(hào)調(diào)理與數(shù)據(jù)采集單元

該單元采用高速多功能數(shù)據(jù)采集單元和信號(hào)調(diào)理電路完成對(duì)需要監(jiān)測(cè)、記錄的電壓信息量進(jìn)行測(cè)試，并完成對(duì)4路PWM信號(hào)和4路方向信號(hào)的測(cè)試。根據(jù)位置反饋信號(hào)的特點(diǎn)，在數(shù)據(jù)采集處理模塊中需要對(duì)采集到的位置反饋信號(hào)進(jìn)行濾波和調(diào)理。由于LabVIEW提供了多種軟件模塊用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的濾波和調(diào)理，所以系統(tǒng)中信號(hào)的濾波和調(diào)理均采用軟件的方式實(shí)現(xiàn)。[3]

2.4 舵機(jī)電池電壓判斷電路測(cè)試單元

該單元完成對(duì)電池電壓檢測(cè)電路的性能測(cè)試，以及電池電壓翻轉(zhuǎn)門(mén)限的自動(dòng)測(cè)試。根據(jù)硬件測(cè)試時(shí)電路翻轉(zhuǎn)時(shí)+90V電源的輸出電壓，分兩次測(cè)試。第一次先控制+90V電源輸出一個(gè)稍小于翻轉(zhuǎn)電壓的電壓值，然后通過(guò)RS-422通訊每隔12ms發(fā)送一次電池電壓自檢指令，共發(fā)送3次，并采集“電池電壓正常信號(hào)”，判斷電路翻轉(zhuǎn)狀態(tài)。第二次控制+90V電源輸出一個(gè)大于翻轉(zhuǎn)電壓的電壓值，按同樣的方法進(jìn)行測(cè)試，并判斷電路是否正常翻轉(zhuǎn)。

2.5 解鎖電路及解鎖判斷電路測(cè)試單

該單元模擬舵機(jī)解鎖，完成解鎖電路測(cè)試。由RS422總線發(fā)出解鎖控制信號(hào)，控制器產(chǎn)生點(diǎn)火信號(hào)經(jīng)過(guò)配置的一個(gè)0.5Ω的電阻模擬負(fù)載，由模擬采集通道進(jìn)行采集，送入測(cè)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行判斷。解鎖完成后，設(shè)備輸出解鎖狀態(tài)信號(hào)，通過(guò)RS-422采集解鎖正常信號(hào)，完成解鎖自檢信號(hào)的判斷。

2.6 供電單元

供電單元由+90V功率電源、+28.5V信號(hào)電源、LEM電壓傳感器、LEM電流傳感器、多功能板卡以及GPIB通訊部分組成。+90V功率電源由2臺(tái)大功率電源串聯(lián)組成，由測(cè)控計(jì)算機(jī)通過(guò)GPIB通訊總線進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和輸出控制。

2.7 靜態(tài)參數(shù)測(cè)試單元

靜態(tài)參數(shù)測(cè)試單元采用LabVIEW編程，利用PXI控制器通過(guò)RS232串口對(duì)Keithley2700數(shù)字萬(wàn)用表和開(kāi)關(guān)陣列模塊7702進(jìn)行操作，根據(jù)雙方的通信協(xié)議，編制相應(yīng)軟件，完成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信。

3 測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在軟件方面，通用計(jì)算機(jī)軟件和儀器軟件的有機(jī)結(jié)合構(gòu)成了控制器自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)的基本軟件框架。[4]

3.1 軟件界面設(shè)計(jì)

軟件界面設(shè)計(jì)分為五個(gè)部分，測(cè)試菜單欄、測(cè)試項(xiàng)目選擇欄、測(cè)試狀態(tài)欄、測(cè)試曲線窗口、測(cè)試結(jié)果顯示面板、顯示控制面板。軟件在顯示曲線時(shí)，以示波器的曲線顯示為設(shè)計(jì)藍(lán)本，并提供局部放大功能。

3.2 測(cè)試報(bào)表自動(dòng)生成

為了提高測(cè)試效率，便于后續(xù)測(cè)試數(shù)據(jù)管理，系統(tǒng)在過(guò)程中由軟件自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)表，測(cè)試報(bào)表的模板格式與工藝文件測(cè)試記錄卡保持一致性，滿足用戶要求。

4 結(jié)論

基于虛擬儀器的舵機(jī)控制器自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)能夠很好的完成某型舵機(jī)控制器及其分部件的自動(dòng)化測(cè)試。該系統(tǒng)基于虛擬儀器，以Labview軟件作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)GPIB總線完成了計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集設(shè)備的通信，完成了數(shù)據(jù)的采集、顯示、存儲(chǔ)、處理等，并經(jīng)過(guò)實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性，并具有較高的自動(dòng)化程度，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。用該自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)對(duì)控制器綜合參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了系統(tǒng)的有效性。

參考文獻(xiàn)

[1]田文革，虛擬儀器技術(shù)及其在空空導(dǎo)彈測(cè)試設(shè)備中的應(yīng)用[M].航空兵器，2002年第5期.

[2]王斐，梁曉庚，王民鋼.基于虛擬儀器的舵機(jī)綜合測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2015.23（6）.

[3]王樂(lè)勇，毛武軍，趙文普.基于虛擬儀器和Fluke 45的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院.

[4]劉本德，許化龍.王建宏，虛擬儀器技術(shù)及其在導(dǎo)彈測(cè)試領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].第二炮兵工程學(xué)院，湖北航天科技，2002第1期.