基于LabVIEW的飛機地面測試系統(tǒng)設(shè)計

侯世芳　張科昌

摘要：飛機系統(tǒng)地面模擬試驗屬于大型試驗，需要大量的人力、能源和多種輔助設(shè)備，試驗周期長，為保證試驗的工作效率和試驗數(shù)據(jù)的有效性及可靠性，需要設(shè)計一套適合飛機系統(tǒng)模擬試驗特點的高性能的計算機數(shù)據(jù)測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)軟件采用LabVIEW作為開發(fā)平臺，實現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)的采集、處理與顯示，以及數(shù)據(jù)的存儲和對歷史數(shù)據(jù)的回放。并利用NI數(shù)據(jù)采集卡的同步采集能力，借助LabVIEW提供的底層驅(qū)動，通過工控機與PXI總線系統(tǒng)搭建測試系統(tǒng)，實現(xiàn)了多個通道數(shù)據(jù)采集。結(jié)果表明：該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，精確度和快速性都滿足要求，達到了預(yù)期的設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：多通道；同步采集；LabVIEW

中圖分類號：TP393 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）16-3911-03

隨著我國航空技術(shù)的快速發(fā)展，飛機系統(tǒng)的研究對飛機模擬試驗測試系統(tǒng)提出了更高的要求。傳統(tǒng)的飛機模擬試驗測試系統(tǒng)成本高，通道數(shù)少，且數(shù)據(jù)處理和分析功能簡單，給目前新型飛機系統(tǒng)研究工作帶來許多困難。隨著現(xiàn)代虛擬儀器測試技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)的飛速發(fā)展，構(gòu)建一種精度高、靈活性好、低成本的飛機測試系統(tǒng)成為可能。

本文介紹了系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及工作原理，詳細(xì)敘述了基于LabVIEW軟件平臺開發(fā)的測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)實現(xiàn)了飛機系統(tǒng)模擬試驗高性能的計算機數(shù)據(jù)采集，人機界面友好，精度高，速度快，且只需要更換傳感器或少量的硬件即可組建不同的測試系統(tǒng)，具有良好的可移植性，在實際工程應(yīng)用上取得了良好的效果。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及硬件

在系統(tǒng)設(shè)計時，從功能要求、技術(shù)指標(biāo)以及系統(tǒng)穩(wěn)定性等多方面考慮，系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

系統(tǒng)采用總線制的程控儀器測試體系結(jié)構(gòu)，以PXI測試總線為主，以GPIB、RS-232C測試總線為輔，建立滿足試驗控制與采集分析的自動化、網(wǎng)絡(luò)化的綜合測試系統(tǒng)。整個系統(tǒng)包括工控機、PXI總線組合、MXI-3通訊控制接口、基于PCI總線的NI數(shù)據(jù)采集卡、信號調(diào)理模塊、測試電纜等。其中信號調(diào)理實現(xiàn)包括輸入/輸出保護、信號及電源隔離、共模抑制、串模抑制、信號放大、濾波、信號激勵、冷端補償、線形補償?shù)?。?shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集。

2 系統(tǒng)原理

飛機測試系統(tǒng)的工作原理是采用PXI總線測試體系，多路信號傳感器直接連接到一級調(diào)理機箱應(yīng)變調(diào)理系統(tǒng)，通過測試電纜對應(yīng)變式傳感器的信號進行四分之一、半橋、全橋的自動配置和橋路平衡，并提供激勵電壓和輸入保護。橋路式傳感器的信號經(jīng)過配橋、橋路平衡和激勵后，輸入SCXI-1102C（二級調(diào)理）進行調(diào)理。經(jīng)過SCXI-1102C調(diào)理后的橋路信號進入PCI-6034E進行采集。PCI-6034E是PCI總線的多功能數(shù)據(jù)采集卡，它提供16位分辯率、16單端或8路差分輸入、200KS/s掃描采樣數(shù)率、8數(shù)字I/O、2路定時計數(shù)器、1～100倍的放大，它由計算機進行控制對SCXI-1102C輸出的信號進行采集、分析處理等工作，可完成多種類型傳感器信號的測量，實現(xiàn)了多項測試內(nèi)容一體化。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

在整個系統(tǒng)中，一級、二級信號調(diào)理電路將來自各傳感器的信號經(jīng)過調(diào)理后，由NI PCI-6034E的AI進行同步采集。為了保證各測試點（測量通道）數(shù)據(jù)一致性，設(shè)計中選用了高動態(tài)精度和高同步的NI PCI-6034E DAQ板卡，并利用PXI總線測試系統(tǒng)的優(yōu)越性，來保證各測量通道的時間準(zhǔn)確性。

在飛機測試系統(tǒng)軟件設(shè)計中，多通道數(shù)據(jù)采集是整個系統(tǒng)中軟件設(shè)計的關(guān)鍵。該系統(tǒng)軟件采用自上而下的模塊化編程設(shè)計思想，主要包括硬件檢測、參數(shù)配置、狀態(tài)檢測、系統(tǒng)標(biāo)定、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等部分，測試系統(tǒng)功能模塊如圖2所示，

1） 硬件檢測模塊主要檢測信號傳輸?shù)牟ㄌ芈始癗I數(shù)據(jù)采集卡使用的端口狀態(tài)，這樣有利于保證整個系統(tǒng)硬件的暢通及穩(wěn)定性。

2）參數(shù)配置模塊主要設(shè)定通道號、測試類型、配橋方式、單位、標(biāo)定系數(shù)、橋壓、量程等參數(shù)，可配置64路、96路、128路等參數(shù)配置文件，保存后可隨時修改并導(dǎo)入配置文件，依據(jù)試驗情況，可自行生成其它配置文件。該模塊配置靈活，簡潔，對測試對象不斷發(fā)生變化有絕對的優(yōu)勢。參數(shù)配置子程序如圖3所示。

3）系統(tǒng)標(biāo)定和狀態(tài)檢測模塊主要針對信號調(diào)理模塊、通道及NI數(shù)據(jù)采集卡進行采集。主要完成系統(tǒng)調(diào)零、標(biāo)定設(shè)置、硬件狀態(tài)檢測、單通道數(shù)據(jù)采集等功能，下面是硬件檢測子程序。如圖4所示。

4）數(shù)據(jù)采集模塊主要實現(xiàn)64路、96路、128路等多路通道定時采集、連續(xù)采集功能，并將采集的數(shù)據(jù)實時以圖表的形式直觀顯示給用戶，軟件采用case結(jié)構(gòu)，不同的采集類型，對應(yīng)不同的case框，下面的程序是連續(xù)采集子程序，如圖5所示。

5）數(shù)據(jù)處理模塊主要對測試數(shù)據(jù)進行分析處理及事后曲線回放，通過數(shù)據(jù)分析處理，研究飛機系統(tǒng)在不同狀態(tài)下的靜態(tài)及動態(tài)性能指標(biāo)，為后續(xù)改進設(shè)計提供理論支持。

4 試驗結(jié)果

為了驗證系統(tǒng)的功能，在試驗室對設(shè)計的系統(tǒng)進行了測試。

在試驗中，飛機模擬試驗件采用1：1的比例模型，試驗件上裝有角度傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、線位移傳感器等。這些傳感器分別裝在被測點，并通過一級信號調(diào)理、二級信號調(diào)理進入PXI總線測試系統(tǒng)。試驗證明，該系統(tǒng)測試精度高、速度快，滿足飛機試驗指標(biāo)要求。

5 結(jié)論

LabVIEW是一種基于圖形化編程的軟件開發(fā)工具，是一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件，其編程方式的高性能與靈活性，以及專為測試測量設(shè)計的高端性能與配置功能，能為數(shù)據(jù)采集、儀器控制、測量分析與數(shù)據(jù)顯示等各種應(yīng)用提供必要的開發(fā)工具。鑒于這種特點，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計需求，通過工控機與PXI總線測試組合搭建系統(tǒng)，并利用LabView完成飛機測試系統(tǒng)開發(fā)。系統(tǒng)可實現(xiàn)多個通道測量，操作方便，界面友好，能完成數(shù)據(jù)采集、分析與處理等功能，減少人工干預(yù)，測試精度高、穩(wěn)定，該系統(tǒng)達到了預(yù)期的設(shè)計要求，可滿足飛機系統(tǒng)地面模擬試驗需要。

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