基于LabVIEW的陀螺平臺測試系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

姜 楊 陳明絢 沈 星

(1.南京航空航天大學 機械結構力學及控制國家重點實驗室，南京 210016；2.中國人民解放軍92419部隊，遼寧 125106)

基于LabVIEW的陀螺平臺測試系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

姜 楊1，2陳明絢1沈 星1

(1.南京航空航天大學 機械結構力學及控制國家重點實驗室，南京 210016；2.中國人民解放軍92419部隊，遼寧 125106)

陀螺平臺的測量與控制是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和試驗過程中經(jīng)常遇到的問題。針對傳統(tǒng)陀螺平臺測試系統(tǒng)的一些不足，研制了一種基于LabVIEW的陀螺平臺測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)以PXI總線型計算機為控制核心，綜合運用了數(shù)據(jù)采集和轉換技術，多種信號綜合變換處理，實現(xiàn)了測試系統(tǒng)智能化，測試項目和指標滿足陀螺平臺的測試要求。

陀螺平臺 LabVIEW 虛擬儀器 模塊

1 引 言

陀螺平臺是無人機飛行控制系統(tǒng)中的姿態(tài)感應元件，測量無人機的俯仰角和滾轉角，輸出給飛控計算機，是無人機實現(xiàn)自主飛行的關鍵部分。傳統(tǒng)的陀螺平臺測試設備陳舊，測量精度不高，測試工作效率較低，已很難適應航空裝備檢測自動化發(fā)展的需要。

虛擬儀器技術以其強大的功能和價格優(yōu)勢日益成為測試技術發(fā)展的主流[3]。利用虛擬儀器， 如美國NI公司的LabVIEW圖形化設計軟件，含有豐富的功能函數(shù)庫和按鈕控件，可以實對各儀器功能模塊進行快速集成，從而使得測試系統(tǒng)更簡潔、靈活和方便[2]。

2 工作原理簡介

2.1 基本組成

陀螺平臺相對于基座具有兩個旋轉自由度，內部有兩個二自由度陀螺儀，同時有兩套由信號電位計、穩(wěn)定電機以及減速器組成對穩(wěn)定系統(tǒng)，以承受作用在平臺內外環(huán)軸上對干擾力矩。平臺中還有兩套由液體開關與修正馬達組成對修正系統(tǒng)，以修正平臺繞內外環(huán)軸對水平面的偏離，此外，平臺中還有快速啟動系統(tǒng)，在陀螺啟動時使平臺迅速恢復水平。

2.2 陀螺平臺的穩(wěn)定系統(tǒng)

兩套穩(wěn)定系統(tǒng)的電路相同，如圖1所示為其中一套。I、II、III為36V三項交流電源的三項。當干擾力矩作用在平臺上時，陀螺相對平臺出現(xiàn)進動轉角，電位計相對電刷產(chǎn)生位移而輸出信號，這個信號直接送至穩(wěn)定電機的控制繞組，穩(wěn)定電機給出穩(wěn)定力矩并通過減速器作用到平臺內/外環(huán)軸上，起到反抗干擾力矩的作用，從而保證平臺繞內/外環(huán)軸的穩(wěn)定。

2.3 陀螺平臺的修正系統(tǒng)

液體開關為五個電極，其中橫向兩個電極接到橫向修正馬達的控制繞組，縱向兩個電極接到縱向修正馬達的控制繞組。液體開關的中心電極經(jīng)兩個串聯(lián)電阻接到電源III相，為克服低溫時修正速度減小，其中一個串聯(lián)電阻在低溫時被雙金屬接觸片短路。橫向修正馬達激磁繞組經(jīng)外加繼電器接到電源，以保證無人機轉彎時切斷橫向修正作用，從而減小平臺的盤旋誤差。同樣，縱向修正馬達的激磁繞組經(jīng)外加控制繼電器接到電源，以減小平臺的加速度誤差。

3 智能檢測系統(tǒng)設計

3.1 硬件系統(tǒng)設計

3.1.1 電源供電系統(tǒng)，包括36V(400Hz)三項交流電源和27V直流穩(wěn)壓電源。

3.1.2 PXI-1042Q嵌入式數(shù)字計算機一臺，用于數(shù)據(jù)的運算、處理和存儲。包括串口通訊卡、繼電器控制卡、萬用表卡、A/D卡、D/A卡、機箱總線母版等[1]。

3.1.3 飛控系統(tǒng)綜合測試箱，包括IO轉換板、開關陣板、信號調理板、電源板和底板。主要功能包括將27V轉換成±15V直流信號，為信號調理提供濾除高頻雜波和交流諧波的±15V電源[1]。

3.2 軟件系統(tǒng)設計

3.2.1 系統(tǒng)功能模塊

根據(jù)實驗要求實現(xiàn)了±15V、DC輸入電壓，36V三相AC輸入電壓、精度測試、漂移測試、修正測試、啟動時間和三項工作電流、電位計電阻測試七項功能模塊檢測。同時，本系統(tǒng)還實現(xiàn)了波形顯示功能，將萬用表卡的測量值送到波形圖上實時顯示，并將結果以EXCEL表格形式保存于指定磁盤。其軟件模塊測試流程如圖3所示。

3.2.2 檢測功能實現(xiàn)

3.2.2.1 ±15VDC輸入電壓模塊。通過飛控系統(tǒng)綜合測試箱的電源轉換模塊板將27V直流電壓轉換成±15V電壓分別加在俯仰和滾轉電位計兩端，用于檢測兩種姿態(tài)下反饋電位計的輸出電壓值。

3.2.2.2 36V三相AC輸入電壓模塊。利用萬用表卡檢測三項36V交流供電線電壓值，判斷供電電源三項的對稱性。

3.2.2.3 啟動時間和三項工作電流模塊。通過檢測陀螺平臺啟動后第一項工作電流大小，自動判斷啟動時間，并測量另外兩項工作電流。

3.2.2.4 精度測試模塊。通過觀察俯仰和滾轉電位計輸出電壓值和波形顯示，檢測陀螺平臺穩(wěn)定工作時的零位電壓值。

3.2.2.5 漂移測試模塊。用于檢測陀螺靜止狀態(tài)下5min鐘內橫向和縱向偏離基礎零位的度數(shù)。

3.2.2.6 修正測試模塊。用于檢測陀螺平臺偏離基準零位后(大于5°小于8°)，俯沖/上仰/左傾/右傾四個方向修正5°所需要的時間。

3.2.2.7 電位計電阻測試模塊。用于測量陀螺平臺內部反饋電位計和分壓電阻的電阻值。

3.3 測試過程

測試開始前將陀螺平臺與測試設備專用電纜連接，啟動36V交流和27V直流供電電源，點擊“陀螺平臺測試”，進入測試界面。測試過程中，根據(jù)測試項目需求點擊相應的功能模塊，例如，檢測陀螺平臺修正時間測試時，首先點擊“漂移測試”，此時波形上方的“測試指示”燈亮，表明已經(jīng)進入該項功能測試，自動進入第一個縱向漂移測量，點擊“斷開縱修”開關，點擊“縱向計時”，計時器開始工作，當計時300s(即5min)時，計時器停止工作，縱向漂移右側指示燈亮，同時，進入橫向漂移測量，斷開橫向修正開關，計時300s后，橫向漂移右側指示燈亮，同時“測試指示燈”滅，表明“漂移測試”檢測結束。其他功能模塊測試過程與此相同。待所有功能測試結束后，點擊“數(shù)據(jù)保存”，通過LabVIEW的文件操作功能，將測試結果數(shù)據(jù)寫入EXCEL表格，并以測試時的系統(tǒng)時間命名保存。測試結果如圖5所示。

4 結束語

本文介紹了一種基于LabVIEW 的陀螺平臺測試系統(tǒng)，包括硬件系統(tǒng)的組成、軟件系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)過程?？蓪崿F(xiàn)對陀螺平臺的啟停控制，指標數(shù)據(jù)參數(shù)采集、計算處理、顯示和存儲。通過實驗測試，各個功能模塊功能運行正常，性能穩(wěn)定。相對于傳統(tǒng)陀螺平臺測試方法，具有操作簡單，人機界面友好，測量精度高等優(yōu)點，可廣泛應用。

[1] 姜楊等.基于LabVIEW的電動舵機智能檢測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].宇航計測技術，2011(6).

[2] 諶娟娟，巨輝，劉鵬.基于LabVIEW的步進電機運行特性測試軟件開發(fā)[J].微型機與應用,2014(5).

[3] 范春濤，徐城烽等.基于LabVIEW的電機轉速測控系統(tǒng)研制[J].現(xiàn)代電子技術，2015(4).

[4] 孟超群.基于LabVIEW的電機型式試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].電機與控制應用，2013，40(5).

[5] 楊樂平,李海濤.LabVIEW程序設計與應用[M].北京:電子工業(yè)出版社，2005.

[6] 飛控系統(tǒng)技術說明書.南京：南京航空航天大學,2008.

Design and Implementation of Test System for Gyroscope PlatformBased on LabVIEW

JIANG Yang1,2CHEN Ming-xuan1SHEN Xing1

(1.State Key Laboratory of Mechanics and Control of Mechanical Structures，NanjingUniversity of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016, China；2.92419 Unit of PLA，Liaoning 125106, China)

Measurement and control of gyroscope platform are problems frequently encountered in the process of modern industrial production and testing. In view of the shortcomings to the traditional testing system of gyro platform, a testing system of gyroscope platform based on LabVIEW is developed. The system takes the PXI-bus computer as the control core, using data acquisition and conversion technology, with multiple signal transformation processing to accomplish the intelligent test system. Testing projects and targets meet gyroscope platform testing requirements.

Gyroscope platform LabVIEW Virtual instrument Module

2016-08-21，

2016-11-02

姜楊(1982-)，男，工程師，主要研究方向：無人機應用研究。

1000-7202(2017) 02-0018-04

10.12060/j.issn.1000-7202.2017.02.04

TP311

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