使用LabVIEW和PXI平臺(tái)開發(fā)飛行器結(jié)構(gòu)測試的監(jiān)測控

挑戰(zhàn):
為控制系統(tǒng)編寫易于使用的程序，用于對(duì)機(jī)身或其它部件（機(jī)翼或舵）進(jìn)行結(jié)構(gòu)和疲勞測試。

解決方案:
使用PXI和LabVIEW實(shí)時(shí)模塊，創(chuàng)建基于實(shí)時(shí)技術(shù)的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)。

多功能系統(tǒng)

西班牙比亞喬航空公司是執(zhí)行飛行器設(shè)計(jì)和制造行業(yè)中的領(lǐng)導(dǎo)者，我們?yōu)樵摴鹃_發(fā)了應(yīng)用程序，用于對(duì)執(zhí)行飛行器進(jìn)行監(jiān)視和測試。

我們將軟件程序分為兩個(gè)部分。一部分在PXI 系統(tǒng)上運(yùn)行，與現(xiàn)場測試車間的儀器接口。另一部分作為管理單元，在標(biāo)準(zhǔn)的PC 機(jī)上運(yùn)行。我們使用了以太網(wǎng)來連接PC 機(jī)和PXI 系統(tǒng)。程序可以處理高達(dá)：

● 128 路的模擬輸入通道

● 24 路的模擬輸出通道

● 112 路的數(shù)字輸入通道

● 40 路的數(shù)字輸出通道

● 2000 路從儀器引出的GPIB 通道

而且，程序可以進(jìn)行兩種不同的測試：

● 靜態(tài)測試或“手工模式”。

● 疲勞測試或“自動(dòng)模式”，它是一種動(dòng)態(tài)測試。

不僅如此，我們還開發(fā)了第三種工作模式。這種工作模式幫助操作者在啟動(dòng)階段或特殊情況下對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行檢查。

實(shí)際上，用戶使用這種模式可以獨(dú)立于任何的邏輯控制環(huán)激活每個(gè)執(zhí)行器，在特定點(diǎn)上驗(yàn)證部件的行為，或者驗(yàn)證系統(tǒng)每個(gè)部分的功能正常，如對(duì)飛行器機(jī)艙進(jìn)行加壓等。

硬件構(gòu)架

使用NI 公司的LabVIEW 實(shí)時(shí)模塊和PXI 系統(tǒng)，我們在幾周內(nèi)（而不是幾個(gè)月），高效地開發(fā)出了新型測試終端。

網(wǎng)與基于實(shí)時(shí)PXI 的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)相連。然后，PXI 通過GPIB 與第三方的數(shù)據(jù)采集部件相連。系統(tǒng)包含了臺(tái)式PC（操作系統(tǒng)為NT 4.0 工作站版）機(jī)，通過以太網(wǎng)與基于實(shí)時(shí)PXI 的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)相連。然后，PXI 通過GPIB 與第三方的數(shù)據(jù)采集部件相連。

PXI 系統(tǒng)包含了一個(gè)PXI-1000 機(jī)柜，內(nèi)裝實(shí)時(shí)PXI-8156B 控制器、兩個(gè)通用PXI-6071 DAQ電路板、三個(gè)數(shù)據(jù)生成PXI-6713電路板，最后還有兩個(gè)PXI-6508數(shù)字電路板。PXI 系統(tǒng)與伺服控制系統(tǒng)（模擬CYBER PID 單元）及油氣執(zhí)行器間的信號(hào)連接，都是使用DIN有軌終端模塊完成的。

軟件構(gòu)架

軟件程序包含兩個(gè)不同的部分。第一部分是運(yùn)行在PXI 控制單元處理器上的數(shù)據(jù)采集和控制程序，第二部分是運(yùn)行在PC 機(jī)上的管理和用戶界面程序，兩部分程序間會(huì)交換數(shù)據(jù)和命令。

改進(jìn)的數(shù)據(jù)交換

為了改進(jìn)控制單元與管理單元間的數(shù)據(jù)交換，我們利用VI 引用技術(shù)，開發(fā)了專用的VI 庫。同時(shí)，為了防止系統(tǒng)和操作損壞，我們添加了“看門狗”機(jī)制——一旦任何通信發(fā)生故障，將會(huì)響起警報(bào)。

在開始階段，我們使用管理軟件可以加載或編輯.ini配置文件來描述測試。.ini文件可以超過20000行，對(duì)于從電路板和GPIB儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集至關(guān)重要。 而且，它們對(duì)于生成執(zhí)行器激勵(lì)信號(hào)是很重要的。

另外兩種文件定義了使用在動(dòng)態(tài)疲勞測試中使用的負(fù)載矩陣和相關(guān)矩陣。這些文件描述了模擬輸入和輸出、數(shù)字輸入和輸出，以及從GPIB 儀器進(jìn)行讀取的通道。負(fù)載矩陣定義了所有可能的負(fù)載值。

24個(gè)模擬輸出對(duì)應(yīng)于24個(gè)執(zhí)行器，相關(guān)矩陣描述了模擬輸出通道、激勵(lì)千斤頂?shù)乃欧刂?、帶反饋信?hào)的采集通道的電氣和機(jī)械關(guān)系。在加載了正確的配置文件后，操作者可以啟動(dòng)靜態(tài)測試或疲勞測試，也可以檢查系統(tǒng)。

靜態(tài)測試管理

在靜態(tài)測試過程中，操作者必須在現(xiàn)場工作。操作者必須首先運(yùn)行兩個(gè)重要的步驟，即進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)及在施加負(fù)載前移除空負(fù)載。這些步驟使得系統(tǒng)處于最優(yōu)化的初始狀態(tài)。然后，操作者手工地按照直線路徑，逐步將系統(tǒng)從預(yù)設(shè)的負(fù)載百分比調(diào)節(jié)到另外的百分比。

在程序的GUI 中，我們可以調(diào)節(jié)ad hoc 控制條或是使用可變電阻電位器，然后使用模擬輸入通道進(jìn)行采集實(shí)現(xiàn)。電位器是非常有用的設(shè)備，因?yàn)椴僮髡呖梢杂盟掷m(xù)緩慢地改變負(fù)載百分比。我們開發(fā)了特殊的程序來避免電位器的突然移動(dòng)。

從反饋伺服控制信號(hào)讀取到的負(fù)載百分比，以及從模擬輸入GPIB通道讀取到的值被顯示到視頻上。我們開發(fā)了重要的跟蹤程序，這樣在系統(tǒng)載荷時(shí)，參數(shù)從一個(gè)值變到另一個(gè)值，并且軟件識(shí)別伺服控制發(fā)出的跟蹤警報(bào)。當(dāng)伺服控制沒有達(dá)到需要的載荷值時(shí)，這些警報(bào)會(huì)響起。所以，在跟蹤警報(bào)發(fā)出時(shí)，軟件通過執(zhí)行跟蹤程序進(jìn)行響應(yīng)，它將提高或降低激勵(lì)和頻率的產(chǎn)生，直到警報(bào)停止。

數(shù)據(jù)生成函數(shù)，可以管理高達(dá)24 路的模擬輸出通道，從配置文件讀取電壓值，直接將它們寫入到DAC FIFO 中，并且根據(jù)指定的頻率生成信號(hào)。生成的頻率對(duì)于所有的DAC 都是相同的，會(huì)根據(jù)跟蹤警報(bào)發(fā)生與否而改變。跟蹤警報(bào)被顯示在合適的窗口內(nèi)。

如果被稱為錯(cuò)誤警報(bào)的主要警報(bào)發(fā)生，那么測試將自動(dòng)停止。錯(cuò)誤警報(bào)和跟蹤警報(bào)都是數(shù)字輸入，并且由軟件（活躍/ 跟蹤/ 錯(cuò)誤等等）使用.ini 和GUI 進(jìn)行定義。

疲勞測試管理

疲勞測試序列可以在沒有操作員監(jiān)督的情況下運(yùn)行。像在靜態(tài)測試中那樣，加載了配置文件，進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)和移零操作后，系統(tǒng)可以使用反函數(shù)來對(duì)DAC 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行編程，來獲得進(jìn)行飛行模擬的激勵(lì)曲線。

激勵(lì)曲線是對(duì)預(yù)先固定的點(diǎn)進(jìn)行正弦插值獲得的。程序可以在相鄰的兩點(diǎn)間使用正弦波插入100 個(gè)點(diǎn)。如果沒有警報(bào)發(fā)生，從一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)的切換需要3 秒。同時(shí)，在這個(gè)測試中，下面的程序用于處理伺服控制發(fā)出的跟蹤警報(bào)。

加載參數(shù)被存儲(chǔ)在ASCII 文件中，以逐點(diǎn)方式描述最后的加載情況（已經(jīng)過100 點(diǎn)插值），在相同的文件中使用特殊命令，我們可以進(jìn)行很多操作，諸如測試中的“暫停”、“進(jìn)行完整數(shù)據(jù)采集”、更新“模擬飛行或飛行時(shí)間”的次數(shù)、打開和關(guān)閉壓力閥門、自動(dòng)加載另外的測試文件等等。