李研生魏建新常永亮.中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院航電所；.中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院測(cè)試所

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基于NI-DAQ卡的舵機(jī)綜合測(cè)試系統(tǒng)

李研生1魏建新2常永亮2
1.中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院航電所；2.中國(guó)飛行試驗(yàn)研究院測(cè)試所

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評(píng)估值110萬(wàn)

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本文介紹了基于NI公司DAQ卡的舵機(jī)綜合測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，在軟件開發(fā)中較好的給出了舵機(jī)部分參數(shù)的測(cè)試方法和測(cè)試流程，并對(duì)軟件的測(cè)試與數(shù)據(jù)的容錯(cuò)設(shè)計(jì)作了簡(jiǎn)要介紹.利用本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)舵機(jī)的各參數(shù)性能全面測(cè)試，對(duì)開發(fā)新產(chǎn)品具有實(shí)用價(jià)值和理論指導(dǎo)意義。

舵機(jī)系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于飛機(jī)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(jī)前，需要對(duì)舵機(jī)舵面進(jìn)行零位檢查，進(jìn)而判斷舵機(jī)系統(tǒng)對(duì)于控制系統(tǒng)的控制響應(yīng)是否及時(shí)、正確。在飛機(jī)及導(dǎo)彈研制及飛行試驗(yàn)過程中，舵機(jī)的工作效能檢查是整個(gè)試驗(yàn)內(nèi)容的關(guān)鍵狀態(tài)點(diǎn)。針對(duì)舵機(jī)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(jī)測(cè)試涉及對(duì)舵機(jī)全機(jī)功能、各技術(shù)參數(shù)、工作程序、各種開關(guān)量信號(hào)的響應(yīng)和舵機(jī)輸出信號(hào)的響應(yīng)進(jìn)行全面綜合檢測(cè)，其性能指標(biāo)直接影響飛行的安全，測(cè)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(guó)國(guó)家儀器公司）的DAQ卡組成的測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，介紹了多參數(shù)舵機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)方案，以硬件設(shè)備的功能為立足點(diǎn)，通過對(duì)舵機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)深入了解的基礎(chǔ)上，通過軟、硬設(shè)計(jì)，達(dá)到了對(duì)舵機(jī)關(guān)鍵參數(shù)測(cè)試采集的目的，具有良好的可推廣前景。

測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該舵機(jī)測(cè)試系統(tǒng)硬件部分主要包括工控計(jì)算機(jī)、DAQ卡、供電及信號(hào)輸入裝置。

（1）工控計(jì)算機(jī)

工控計(jì)算機(jī)是分析處理數(shù)據(jù)的中心，對(duì)工控計(jì)算機(jī)的選擇主要是根據(jù)應(yīng)用軟件對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置要求進(jìn)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(gè)空余的PCI插槽。

（2）DAQ卡

根據(jù)測(cè)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(hào)采集、濾波及模數(shù)轉(zhuǎn)換等功能的實(shí)現(xiàn)。采用一塊PCI-6509卡，用于PCI總線計(jì)算機(jī)的工業(yè)96通道5V TTL/CMOS數(shù)字I/O模塊。

（3）供電及信號(hào)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(hào)發(fā)生模塊：主要是對(duì)電磁閥的控制信號(hào)及舵機(jī)各種信號(hào)的產(chǎn)生和放大，配合測(cè)試軟件使用。

c.信號(hào)轉(zhuǎn)接模塊：信號(hào)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(jī)測(cè)試系統(tǒng)組成如圖1所示。

測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖1 測(cè)試系統(tǒng)組成框圖

圖2 舵機(jī)測(cè)試軟件主界面

根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的要求，測(cè)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(jìn)行，使開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)與錯(cuò)誤都在可控范圍之內(nèi)，各類構(gòu)思和設(shè)計(jì)首要保證實(shí)時(shí)性與數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在進(jìn)行各模塊劃分時(shí)對(duì)本測(cè)試系統(tǒng)全局考慮是關(guān)鍵。

各測(cè)試模塊按功能劃分，每個(gè)模塊可獨(dú)立測(cè)試也可按需選擇測(cè)試。

測(cè)試系統(tǒng)軟件執(zhí)行階段

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

根據(jù)舵機(jī)系統(tǒng)測(cè)試任務(wù)的需要，依次進(jìn)行測(cè)試卡相應(yīng)參數(shù)及通道設(shè)置，隨后完成測(cè)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(cè)試任務(wù)的專用測(cè)試功能實(shí)現(xiàn)多參數(shù)綜合測(cè)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(shí)有效。

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

圖3 測(cè)試系統(tǒng)軟件組成框圖

圖4 測(cè)試軟件的階段

執(zhí)行在于對(duì)測(cè)試定義的實(shí)現(xiàn)，完成特定測(cè)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(cè)試定義的要求，對(duì)各測(cè)試通道的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算；或者通過信號(hào)控制箱或軟件設(shè)置改變開關(guān)量狀態(tài)，控制實(shí)時(shí)改變測(cè)試通道進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試。

處理的功能實(shí)現(xiàn)在于得到測(cè)試所要求的數(shù)據(jù)結(jié)果，如對(duì)靜態(tài)參數(shù)測(cè)量中，按照各測(cè)試通道標(biāo)定系數(shù)，將測(cè)試通道所記錄的電壓值轉(zhuǎn)換為物理量值，進(jìn)一步按照計(jì)算要求進(jìn)行計(jì)算，得到測(cè)量的結(jié)果。或者是根據(jù)對(duì)所采集數(shù)據(jù)生成圖形曲線，將測(cè)試結(jié)果實(shí)時(shí)顯示在主界面。

輸出的功能在于打印輸出符合試驗(yàn)報(bào)告的結(jié)果報(bào)表。

主要模塊的設(shè)計(jì)

舵機(jī)測(cè)試系統(tǒng)涉及交直流電壓、電流、主（輔）油壓、相位、輸出信號(hào)大小、活塞桿位移、速度等一百多個(gè)參數(shù)。主要測(cè)試模塊為：模擬量獲取、開關(guān)量獲取與設(shè)置、運(yùn)行和密封性檢查、舵機(jī)狀態(tài)開環(huán)極性檢查等十幾個(gè)測(cè)試模塊。

模擬量獲取

對(duì)兩個(gè)PCI-6024E卡的32路模擬輸入口的數(shù)據(jù)進(jìn)性實(shí)時(shí)串行采集，每個(gè)卡每秒采2000個(gè)點(diǎn)實(shí)時(shí)保存于一個(gè)對(duì)應(yīng)的大數(shù)組里，保證在一些測(cè)試模塊中進(jìn)行相應(yīng)位移、速度、主（輔）油壓、進(jìn)油壓力、主電流等參數(shù)計(jì)算時(shí)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(shí)只用了其中16路通道，在軟件和信號(hào)控制箱中只對(duì)相應(yīng)的16路通道進(jìn)行設(shè)置，通過信號(hào)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(duì)輸入/輸出狀態(tài)的實(shí)時(shí)判斷對(duì)PCI-6509的各通道的采集狀態(tài)進(jìn)行控制。

運(yùn)行和密封性檢查

主要檢查舵機(jī)的運(yùn)行情況。在檢查過程中輸出元件應(yīng)當(dāng)移動(dòng)均勻，沒有中斷、卡住。檢查舵機(jī)液壓部分的密封性，不得滴漏。

檢查連續(xù)檢測(cè)三次，已確保運(yùn)行和密封性檢查準(zhǔn)確性。

舵機(jī)狀態(tài)開環(huán)極性檢查

具體工作描述為：舵機(jī)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(fù)，舵機(jī)向外運(yùn)動(dòng)，伸出。2端接正，1端接負(fù)，舵機(jī)向里運(yùn)動(dòng)，縮進(jìn)。

通過以上的要求對(duì)“舵機(jī)狀態(tài)開環(huán)極性檢查”進(jìn)行測(cè)試，已達(dá)到對(duì)舵機(jī)性能的測(cè)試。

測(cè)試系統(tǒng)軟件的測(cè)試

軟件測(cè)試不單純是一個(gè)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的過程，其中包含對(duì)軟件開發(fā)模型、軟件質(zhì)量和開發(fā)商的評(píng)價(jià)，不完整的測(cè)試或者由于其他原因而終止測(cè)試，只能對(duì)整個(gè)項(xiàng)目造成無(wú)法估量的損害。本軟件測(cè)試是貫穿整個(gè)軟件開發(fā)生命周期的，必須對(duì)如下內(nèi)容進(jìn)行測(cè)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(cuò)性

6.出錯(cuò)控制

7.功能完整性

從模塊測(cè)試到最后的集成測(cè)試都嚴(yán)格按軟件測(cè)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(cè)試，最終使軟件滿足了用戶的需求。

數(shù)據(jù)的容錯(cuò)設(shè)計(jì)

實(shí)際測(cè)試中，通過對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，控制信號(hào)波形良好，有的信號(hào)中則存在一定的干擾，因此對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的容錯(cuò)設(shè)計(jì)，在對(duì)數(shù)據(jù)采集方面要對(duì)前三秒數(shù)據(jù)進(jìn)行丟去處理，已達(dá)到所采值準(zhǔn)確性。在對(duì)各模塊中進(jìn)行測(cè)試時(shí)，各種狀態(tài)至少測(cè)試三遍，狀態(tài)間切換時(shí)至少要有一秒的等待，以確保下個(gè)測(cè)試狀態(tài)的最佳。

結(jié)語(yǔ)

使用NI公司的DAQ卡組成舵機(jī)綜合測(cè)試系統(tǒng)，改變了以往主要人工舵機(jī)測(cè)試方法，信號(hào)控制箱面板簡(jiǎn)潔明，人機(jī)交互性強(qiáng)。在前面板上進(jìn)行操作，避免誤操作造成的物理?yè)p壞。該測(cè)試系統(tǒng)已通過驗(yàn)收，性能符合要求。

本系統(tǒng)可對(duì)四臺(tái)舵機(jī)一百多參數(shù)進(jìn)行測(cè)試和顯示，還可存儲(chǔ)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(jì)流程，引入通用化，集成化的設(shè)計(jì)理念，既保證了測(cè)試精度、穩(wěn)定性和可靠性，又可針對(duì)不同型號(hào)的舵機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)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(cè)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