基于NI-DAQ卡的舵機綜合測試系統(tǒng)

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(tǒng)

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(tǒng)的設(shè)計方法，在軟件開發(fā)中較好的給出了舵機部分參數(shù)的測試方法和測試流程，并對軟件的測試與數(shù)據(jù)的容錯設(shè)計作了簡要介紹.利用本系統(tǒng)實現(xiàn)舵機的各參數(shù)性能全面測試，對開發(fā)新產(chǎn)品具有實用價值和理論指導(dǎo)意義。

舵機系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于飛機及導(dǎo)彈自主飛行過程中的姿態(tài)控制。特別在導(dǎo)彈發(fā)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(tǒng)對于控制系統(tǒng)的控制響應(yīng)是否及時、正確。在飛機及導(dǎo)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(nèi)容的關(guān)鍵狀態(tài)點。針對舵機系統(tǒng)開展的關(guān)鍵參數(shù)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(shù)參數(shù)、工作程序、各種開關(guān)量信號的響應(yīng)和舵機輸出信號的響應(yīng)進行全面綜合檢測，其性能指標(biāo)直接影響飛行的安全，測試精度要求較高。為適應(yīng)現(xiàn)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(tǒng)進行測試，介紹了多參數(shù)舵機測試系統(tǒng)的技術(shù)特點和實現(xiàn)方案，以硬件設(shè)備的功能為立足點，通過對舵機系統(tǒng)性能指標(biāo)深入了解的基礎(chǔ)上，通過軟、硬設(shè)計，達到了對舵機關(guān)鍵參數(shù)測試采集的目的，具有良好的可推廣前景。

測試系統(tǒng)硬件設(shè)計

該舵機測試系統(tǒng)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(shù)據(jù)的中心，對工控計算機的選擇主要是根據(jù)應(yīng)用軟件對計算機系統(tǒng)配置要求進行的。VC6適用于Windows操作系統(tǒng)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(jù)測試穩(wěn)定性及可靠性的要求，選用了兩塊成熟的PCI-6024E卡作為數(shù)據(jù)采集卡，可完成模擬信號采集、濾波及模數(shù)轉(zhuǎn)換等功能的實現(xiàn)。采用一塊PCI-6509卡，用于PCI總線計算機的工業(yè)96通道5V TTL/CMOS數(shù)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(fā)生模塊：主要是對電磁閥的控制信號及舵機各種信號的產(chǎn)生和放大，配合測試軟件使用。

c.信號轉(zhuǎn)接模塊：信號發(fā)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(tǒng)組成如圖1所示。

測試系統(tǒng)軟件設(shè)計

程序結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖1 測試系統(tǒng)組成框圖

圖2 舵機測試軟件主界面

根據(jù)測試系統(tǒng)功能設(shè)計的要求，測試系統(tǒng)軟件組成框圖如圖3所示。

軟件的開發(fā)按軟件工程規(guī)范進行，使開發(fā)的風(fēng)險與錯誤都在可控范圍之內(nèi)，各類構(gòu)思和設(shè)計首要保證實時性與數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在進行各模塊劃分時對本測試系統(tǒng)全局考慮是關(guān)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(tǒng)軟件執(zhí)行階段

舵機測試系統(tǒng)測試過程分為以下幾個主要部分，首先，對測試任務(wù)模塊進行初始化設(shè)置，其次通過軟件控制測試板卡進行關(guān)鍵參數(shù)模擬量的采集及模數(shù)轉(zhuǎn)化，第三對輸出的數(shù)字量進行記錄及實時顯示，并完成誤差調(diào)節(jié)，最后，對測試數(shù)據(jù)結(jié)果進行輸出，便于后續(xù)分析。由上述分析可以看出，測試軟件執(zhí)行可分為四個階段和一個特定階段，如圖4所示。

根據(jù)舵機系統(tǒng)測試任務(wù)的需要，依次進行測試卡相應(yīng)參數(shù)及通道設(shè)置，隨后完成測試模塊及數(shù)據(jù)采集順序的設(shè)置。系統(tǒng)可通過完成不同測試任務(wù)的專用測試功能實現(xiàn)多參數(shù)綜合測試，一次設(shè)定在下次設(shè)置前一直有效，設(shè)置后在下次執(zhí)行時有效。

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

圖3 測試系統(tǒng)軟件組成框圖

圖4 測試軟件的階段

執(zhí)行在于對測試定義的實現(xiàn)，完成特定測試任務(wù)所要求的數(shù)據(jù)采集與模擬量的轉(zhuǎn)換工作，根據(jù)測試定義的要求，對各測試通道的采集數(shù)據(jù)進行計算；或者通過信號控制箱或軟件設(shè)置改變開關(guān)量狀態(tài)，控制實時改變測試通道進行相應(yīng)的測試。

處理的功能實現(xiàn)在于得到測試所要求的數(shù)據(jù)結(jié)果，如對靜態(tài)參數(shù)測量中，按照各測試通道標(biāo)定系數(shù)，將測試通道所記錄的電壓值轉(zhuǎn)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(jié)果?；蛘呤歉鶕?jù)對所采集數(shù)據(jù)生成圖形曲線，將測試結(jié)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(jié)果報表。

主要模塊的設(shè)計

舵機測試系統(tǒng)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(shù)。主要測試模塊為：模擬量獲取、開關(guān)量獲取與設(shè)置、運行和密封性檢查、舵機狀態(tài)開環(huán)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(shù)據(jù)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(yīng)的大數(shù)組里，保證在一些測試模塊中進行相應(yīng)位移、速度、主（輔）油壓、進油壓力、主電流等參數(shù)計算時的數(shù)據(jù)需要。

開關(guān)量獲取與設(shè)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(yīng)的16路通道進行設(shè)置，通過信號控制箱控制PCI-6509卡的相應(yīng)通道的輸入/輸出狀態(tài)，在軟件中通過對輸入/輸出狀態(tài)的實時判斷對PCI-6509的各通道的采集狀態(tài)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(yīng)當(dāng)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(xù)檢測三次，已確保運行和密封性檢查準(zhǔn)確性。

舵機狀態(tài)開環(huán)極性檢查

具體工作描述為：舵機工作狀態(tài)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(tài)開環(huán)極性檢查”進行測試，已達到對舵機性能的測試。

測試系統(tǒng)軟件的測試

軟件測試不單純是一個發(fā)現(xiàn)錯誤的過程，其中包含對軟件開發(fā)模型、軟件質(zhì)量和開發(fā)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(fā)生命周期的，必須對如下內(nèi)容進行測試：

1.數(shù)據(jù)的正確性

2.數(shù)據(jù)安全性

3.數(shù)據(jù)的完整性

4.系統(tǒng)安全性

5.系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，最后，又經(jīng)第三方和用戶的大量應(yīng)用測試，最終使軟件滿足了用戶的需求。

數(shù)據(jù)的容錯設(shè)計

實際測試中，通過對采集到的信號進行分析后發(fā)現(xiàn)，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(shù)據(jù)進行必要的容錯設(shè)計，在對數(shù)據(jù)采集方面要對前三秒數(shù)據(jù)進行丟去處理，已達到所采值準(zhǔn)確性。在對各模塊中進行測試時，各種狀態(tài)至少測試三遍，狀態(tài)間切換時至少要有一秒的等待，以確保下個測試狀態(tài)的最佳。

結(jié)語

使用NI公司的DAQ卡組成舵機綜合測試系統(tǒng)，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(tǒng)已通過驗收，性能符合要求。

本系統(tǒng)可對四臺舵機一百多參數(shù)進行測試和顯示，還可存儲及打印結(jié)果。

本系統(tǒng)在采用成熟硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上，優(yōu)化軟件設(shè)計流程，引入通用化，集成化的設(shè)計理念，既保證了測試精度、穩(wěn)定性和可靠性，又可針對不同型號的舵機產(chǎn)品進行測試方案及參數(shù)的整合，極大的節(jié)約了產(chǎn)品的研發(fā)成本及研制周期，適應(yīng)現(xiàn)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