韓 濤，聶小華，段世慧

（中國飛機(jī)強(qiáng)度研究所，陜西?西安?710065）

結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)測控系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)，在試驗(yàn)實(shí)施過程中，控制系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)實(shí)施加載，并依據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)工程師編制的載荷譜從硬件端口輸出觸發(fā)信號(hào)，輸入到采集系統(tǒng)，測量系統(tǒng)接收到信號(hào)后實(shí)現(xiàn)觸發(fā)功能，而控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)的時(shí)間會(huì)存在時(shí)間差，這就導(dǎo)致試驗(yàn)測量的時(shí)序與控制系統(tǒng)加載時(shí)序產(chǎn)生一定的滯后性。當(dāng)試驗(yàn)加載頻率較低時(shí)，這種時(shí)差對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性沒有影響，能夠保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的完備性。但是當(dāng)某結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)為高頻測量時(shí)，時(shí)序的匹配性問題就顯得尤為重要。以往工業(yè)時(shí)序匹配問題的解決辦法以實(shí)際問題為導(dǎo)向，周玉鴻[1]采用一種邏輯單元延時(shí)值的測量方法解決了由信號(hào)傳輸延時(shí)的不確定性引發(fā)的數(shù)據(jù)錯(cuò)位或混亂問題。朱敦忠[2]提出了基于混沌的工業(yè)控制中接口處理器時(shí)序匹配方法，再利用該分類器完成對(duì)工業(yè)控制中接口處理器時(shí)序匹配，仿真證明其精度較高。李輝[3]設(shè)計(jì)了一種集散式數(shù)字同步系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)字同步機(jī)的本地控制、遠(yuǎn)程控制和集中控制，將模擬延時(shí)電路和數(shù)字延時(shí)電路有機(jī)結(jié)合在一起，用于輸出時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)和觸發(fā)同步信號(hào)的裝置。張向陽[4]針對(duì)模型化爆試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的起爆信號(hào)和測量系統(tǒng)不同步的問題，設(shè)計(jì)了一套簡便的起爆電路，有效地解決了兩者之間的同步問題。譚震[5]提出了一種保證采樣間隔的精度和采樣同步性的措施，通過觸發(fā)同步和精確定時(shí)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)起點(diǎn)的精確采集，保證了連續(xù)采集時(shí)采樣間隔的精確性和恒等性。張亞飛[6]設(shè)計(jì)了一個(gè)基于統(tǒng)一時(shí)標(biāo)的多通道數(shù)據(jù)同步采集系統(tǒng)，解決了實(shí)時(shí)采集多通道、不同類型數(shù)據(jù)，而舵機(jī)數(shù)字指令的時(shí)間同步信息又無法直接獲得的問題，最終的同步精度滿足舵偏角測試系統(tǒng)的測試需求。龍慧敏[7]針對(duì)協(xié)同問答模式下無線電信號(hào)配對(duì)關(guān)系分析的需求，提出了一種基于信號(hào)時(shí)間序列匹配的詢問應(yīng)答信號(hào)配對(duì)方法。通過時(shí)序匹配算法對(duì)詢問和應(yīng)答信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確配對(duì)，從而提取節(jié)點(diǎn)間問答關(guān)系，采用計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證了方法的有效性。

本文以上述技術(shù)為參考，針對(duì)工程實(shí)際問題提出時(shí)序匹配設(shè)計(jì)方案，達(dá)到了預(yù)期的效果。

1 時(shí)序匹配問題

1.1 測量系統(tǒng)觸發(fā)

如圖1所示，控制系統(tǒng)在軟件配置端可以設(shè)置觸發(fā)接口，輸出信號(hào)根據(jù)測量系統(tǒng)觸發(fā)端要求，分為高電平觸發(fā)和上升沿觸發(fā)。當(dāng)采集系統(tǒng)輸入要求是高電平時(shí)，控制系統(tǒng)輸出端通過繼電器控制，加入外電源5 V觸發(fā)；當(dāng)采集系統(tǒng)輸入要求是上升沿時(shí)，直接采用繼電器常開觸點(diǎn)進(jìn)行輸出。此時(shí)，從控制系統(tǒng)控制的頁面會(huì)輸出一個(gè)軟件動(dòng)作時(shí)間，稱之為控制時(shí)序，控制時(shí)序以控制系統(tǒng)服務(wù)器時(shí)間為基準(zhǔn)。測量系統(tǒng)接收到控制系統(tǒng)輸出的觸發(fā)信號(hào)，在加載的同時(shí)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，而從控制系統(tǒng)輸出的信號(hào)經(jīng)過繼電器端口還要有一定的響應(yīng)時(shí)間，觸發(fā)已經(jīng)開始，采集系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，稱之為測量時(shí)序。測量系統(tǒng)的時(shí)間以采集系統(tǒng)的上位機(jī)為基準(zhǔn)。

圖1 ??測量系統(tǒng)觸發(fā)原理

試驗(yàn)實(shí)施過程中，控制系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)是根據(jù)載荷譜進(jìn)行順序觸發(fā)的，測量系統(tǒng)對(duì)觸發(fā)信號(hào)的采集是以接收到的觸發(fā)信號(hào)時(shí)間為基準(zhǔn)，包括觸發(fā)輸出和觸發(fā)響應(yīng)、數(shù)據(jù)回收等步驟。

（1）試驗(yàn)載荷譜是試驗(yàn)加載級(jí)數(shù)的劃分，根據(jù)試驗(yàn)考核的不同，試驗(yàn)設(shè)計(jì)人員對(duì)試驗(yàn)載荷譜進(jìn)行輸入，一般在載荷譜的最后一列設(shè)置載荷觸發(fā)標(biāo)識(shí)。

（2）測量設(shè)備根據(jù)控制系統(tǒng)配置的觸發(fā)類型，配置上位機(jī)及下位機(jī)的觸發(fā)機(jī)制。當(dāng)測量系統(tǒng)接收到控制系統(tǒng)傳輸?shù)挠|發(fā)信號(hào)時(shí)，上位機(jī)和下位機(jī)同時(shí)觸發(fā)，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)。

（3）試驗(yàn)結(jié)束后，試驗(yàn)測量工程師對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回收，而在測量頻率較低時(shí)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理以載荷級(jí)為橫坐標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)的線性、重復(fù)性、有效性分析。

此時(shí)，高頻測量試驗(yàn)要求每一個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的時(shí)間軸要足夠準(zhǔn)確，這就帶來了時(shí)序匹配問題。

1.2 時(shí)序問題分析

由于連接2個(gè)系統(tǒng)的繼電器以及和系統(tǒng)之間的時(shí)間差，造成了控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)的時(shí)序在一定程度上存在測量的滯后性，而測量系統(tǒng)響應(yīng)的上位機(jī)時(shí)間與控制系統(tǒng)存在超前或滯后的可能，所以造成試驗(yàn)控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)之間在數(shù)據(jù)觸發(fā)和數(shù)據(jù)采集過程存在一定的時(shí)序匹配問題。尤其當(dāng)試驗(yàn)采取高頻測量模式，時(shí)序匹配問題對(duì)于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的后處理存在一定的匹配難度，需要采用一定的時(shí)序匹配技術(shù)實(shí)現(xiàn)高頻測量的時(shí)序匹配。

從以上分析可以總結(jié)出，要想解決時(shí)序匹配問題，應(yīng)從以下思路考慮。

（1）對(duì)控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)的上位機(jī)時(shí)間進(jìn)行精確調(diào)整，可以在每一級(jí)測量的時(shí)序上計(jì)算出時(shí)間差，實(shí)現(xiàn)時(shí)序精確匹配。

（2）高頻測量過程中，在測量系統(tǒng)上位機(jī)時(shí)間設(shè)置上自動(dòng)疊加測量時(shí)間，當(dāng)實(shí)現(xiàn)測量觸發(fā)時(shí)，測量系統(tǒng)顯示時(shí)間與控制系統(tǒng)一致。

（3）第三方時(shí)鐘的準(zhǔn)確記錄，當(dāng)控制系統(tǒng)觸發(fā)時(shí)與測量系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)，采用精確時(shí)鐘記錄動(dòng)作時(shí)間。

以上方法在實(shí)現(xiàn)上各有難度，本文主要針對(duì)第3種方法進(jìn)行深入研究，采用PLD編程實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘設(shè)計(jì)，其精度滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)測量時(shí)序需求，能夠保證高頻測量的時(shí)間精確記錄，在控制系統(tǒng)觸發(fā)輸出端和測量系統(tǒng)觸發(fā)輸入端同時(shí)記錄信號(hào)發(fā)生時(shí)刻，提供數(shù)據(jù)上傳和報(bào)表功能，并采用編號(hào)形式記錄測量的順序。

2 時(shí)序匹配原理

2.1 時(shí)鐘設(shè)計(jì)

時(shí)鐘標(biāo)定流程如圖2所示，采用硬件設(shè)備提供的1 MHz時(shí)鐘，要得到秒脈沖須經(jīng)過1 M分頻，可以用6個(gè)模10計(jì)數(shù)/分頻器串聯(lián)來實(shí)現(xiàn)。由秒到分和由分到時(shí)的六十進(jìn)制用一個(gè)模10計(jì)數(shù)/分頻器和一個(gè)模6計(jì)數(shù)/分頻器串聯(lián)實(shí)現(xiàn)，由小時(shí)到清零用一個(gè)模24計(jì)數(shù)/分頻器，各模塊采用PLD編程實(shí)現(xiàn)。

圖 2??時(shí)鐘標(biāo)定流程

2.2 時(shí)鐘應(yīng)用

采用上述時(shí)鐘對(duì)控制系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)的輸出時(shí)間和采集測量的具體時(shí)間進(jìn)行記錄。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束后，測量數(shù)據(jù)回收過程中對(duì)第三方時(shí)間進(jìn)行登記，最后與控制系統(tǒng)輸出觸發(fā)信號(hào)時(shí)間進(jìn)行匹配，通過記錄各觸發(fā)間隔內(nèi)繼電器及采集觸發(fā)的時(shí)滯時(shí)間，達(dá)到時(shí)序匹配的目標(biāo)。經(jīng)測試，該方法可以有效解決控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)的時(shí)序匹配問題。

時(shí)鐘設(shè)計(jì)完成后，在某驗(yàn)證平臺(tái)進(jìn)行高頻測量時(shí)序匹配驗(yàn)證，如圖3所示，設(shè)置測量觸發(fā)時(shí)間為0.01 s，載荷譜采用連續(xù)加載模式。從時(shí)鐘標(biāo)定結(jié)果可以看出，當(dāng)采用第三方時(shí)鐘進(jìn)行標(biāo)定時(shí)，控制系統(tǒng)與測量系統(tǒng)坐標(biāo)軸在同一時(shí)間進(jìn)行匹配，標(biāo)定結(jié)果見表1，表中t1n是控制系統(tǒng)觸發(fā)時(shí)刻，t2n是測量系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)刻，t是時(shí)序匹配標(biāo)定坐標(biāo)?？梢钥闯鲞_(dá)到了時(shí)序匹配的目的。

表 1??時(shí)鐘標(biāo)定結(jié)果

圖 3??試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)

3 結(jié)????論

針對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)應(yīng)變測量時(shí)序匹配問題，提出了采用外部時(shí)鐘進(jìn)行時(shí)序匹配的解決辦法，通過對(duì)控制系統(tǒng)和測量系統(tǒng)觸發(fā)時(shí)間的第三方時(shí)鐘匹配達(dá)到目的，并對(duì)該時(shí)鐘的時(shí)序進(jìn)行了試驗(yàn)研究，達(dá)到了預(yù)期效果，為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)高頻測量打下了基礎(chǔ)。同時(shí)，該研究也存在時(shí)間的精確度問題，因此提升時(shí)間的精確度，使時(shí)間匹配達(dá)到毫秒級(jí)是下一步研究的重點(diǎn)。