基于虛擬儀器的舵機控制器自動化測試系統設計

雷鳴

摘 要：根據某型導彈舵機控制器組件及其分部件測試要求，設計了基于虛擬儀器技術的自動化測試系統。硬件部分由工控機、電源、測量儀器和調理電路組成，工控機用來完成數據的采集和分析，并通過GPIB接口實現測量儀器的控制；電源為被測產品提供工作所需環境；測量儀器用于采集被測產品的參數；調理電路則為被測產品提供工作所需信號。測試軟件采用LabVIEW軟件開發平臺實現，具有成熟的開發流程和高可靠性。

關鍵詞：舵機控制器；自動化測試系統；高可靠性；虛擬儀器

1 引言

虛擬儀器技術是儀器技術與計算機技術深層次結合的產物。它將傳統測試系統中由硬件實現的數據分析處理與現實功能，改由計算機來實現，通過配置以獲取調理信號為主要目的的I/O接口設備，以及實現不同測量功能的軟件對采集獲得的信號數據進行分析處理、實時顯示、記錄成文檔。[1]

控制器是某型導彈舵機的重要組成部分。通過測試，可以暴露出舵機控制器及其分部件的缺陷，及早發現排除問題，已完成性能驗證、故障定位、調試生產、質量控制和交付驗收等。[2]本文針對舵機控制器的靜態和性能特性測試指標，基于Labview虛擬儀器技術，設計出具有擴展性和高可靠性的自動化測試系統，解決了系統開發時間長，測試效率低，測試數據不易管理等問題。

2 測試系統的硬件構成

舵機控制器常溫測試設備主要由供電單元、信號調理單元與采集單元、信號發生與通訊單元、靜態參數測試單元、舵機電池電壓判斷電路測試單元、解鎖電路及解鎖判斷電路測試單元、測控計算機系統以及分時測控單元等部分組成。系統框圖見圖1。

圖1 系統結構框圖

2.1 測控計算機系統

該單元包括PXI控制器、多功能采集卡、通訊接口卡和PXI機箱。測控單元具有連接光纖網絡的軟硬件接口，具備接收MES系統下達的測試指令，能夠上傳設備狀態、測試數據；帶有顯示設備狀態的ANDON系統，具備與溫箱協同工作的能力；能夠對測試設備是通用儀器及各組成部分進行控制和管理，采集測試數據，具備數據分析、報表生成、數據記錄存儲上傳等功能。

2.2 信號發生與通訊單元

該單元包括主機、通訊接口單元，實現RS422通訊功能，輸出控制控制器測試所需要的控制信號、上電自檢、電池激活和舵機解鎖等指令。

2.3 信號調理與數據采集單元

該單元采用高速多功能數據采集單元和信號調理電路完成對需要監測、記錄的電壓信息量進行測試，并完成對4路PWM信號和4路方向信號的測試。根據位置反饋信號的特點，在數據采集處理模塊中需要對采集到的位置反饋信號進行濾波和調理。由于LabVIEW提供了多種軟件模塊用于實現信號的濾波和調理，所以系統中信號的濾波和調理均采用軟件的方式實現。[3]

2.4 舵機電池電壓判斷電路測試單元

該單元完成對電池電壓檢測電路的性能測試，以及電池電壓翻轉門限的自動測試。根據硬件測試時電路翻轉時+90V電源的輸出電壓，分兩次測試。第一次先控制+90V電源輸出一個稍小于翻轉電壓的電壓值，然后通過RS-422通訊每隔12ms發送一次電池電壓自檢指令，共發送3次，并采集“電池電壓正常信號”，判斷電路翻轉狀態。第二次控制+90V電源輸出一個大于翻轉電壓的電壓值，按同樣的方法進行測試，并判斷電路是否正常翻轉。

2.5 解鎖電路及解鎖判斷電路測試單

該單元模擬舵機解鎖，完成解鎖電路測試。由RS422總線發出解鎖控制信號，控制器產生點火信號經過配置的一個0.5Ω的電阻模擬負載，由模擬采集通道進行采集，送入測控計算機進行判斷。解鎖完成后，設備輸出解鎖狀態信號，通過RS-422采集解鎖正常信號，完成解鎖自檢信號的判斷。

2.6 供電單元

供電單元由+90V功率電源、+28.5V信號電源、LEM電壓傳感器、LEM電流傳感器、多功能板卡以及GPIB通訊部分組成。+90V功率電源由2臺大功率電源串聯組成，由測控計算機通過GPIB通訊總線進行參數設置和輸出控制。

2.7 靜態參數測試單元

靜態參數測試單元采用LabVIEW編程，利用PXI控制器通過RS232串口對Keithley2700數字萬用表和開關陣列模塊7702進行操作，根據雙方的通信協議，編制相應軟件，完成自動測試系統數據通信。

3 測試系統軟件設計

在軟件方面，通用計算機軟件和儀器軟件的有機結合構成了控制器自動化測試系統的基本軟件框架。[4]

3.1 軟件界面設計

軟件界面設計分為五個部分，測試菜單欄、測試項目選擇欄、測試狀態欄、測試曲線窗口、測試結果顯示面板、顯示控制面板。軟件在顯示曲線時，以示波器的曲線顯示為設計藍本，并提供局部放大功能。

3.2 測試報表自動生成

為了提高測試效率，便于后續測試數據管理，系統在過程中由軟件自動生成測試報表，測試報表的模板格式與工藝文件測試記錄卡保持一致性，滿足用戶要求。

4 結論

基于虛擬儀器的舵機控制器自動化測試系統能夠很好的完成某型舵機控制器及其分部件的自動化測試。該系統基于虛擬儀器，以Labview軟件作為開發平臺，通過GPIB總線完成了計算機與數據采集設備的通信，完成了數據的采集、顯示、存儲、處理等，并經過實際生產驗證，具有較高的可靠性和穩定性，并具有較高的自動化程度，具有實際應用價值。用該自動化測試系統對控制器綜合參數進行了測試試驗，測試結果驗證了系統的有效性。

參考文獻

[1]田文革，虛擬儀器技術及其在空空導彈測試設備中的應用[M].航空兵器，2002年第5期.

[2]王斐，梁曉庚，王民鋼.基于虛擬儀器的舵機綜合測試系統設計[M].計算機測量與控制，2015.23（6）.

[3]王樂勇，毛武軍，趙文普.基于虛擬儀器和Fluke 45的自動化測試系統設計[M].中國空空導彈研究院.

[4]劉本德，許化龍.王建宏，虛擬儀器技術及其在導彈測試領域中的應用[J].第二炮兵工程學院，湖北航天科技，2002第1期.