基于LabVIEW的航天執(zhí)行器的軟硬件測試

　　The Challenge:

　　開發(fā)基于PC機(jī)的壽命測試系統(tǒng)來替換傳統(tǒng)的基于人工的系統(tǒng)，用于航天執(zhí)行器的壽命測試。

　　The Solution:

　　借助于NI LabVIEW軟件，使用PCI數(shù)據(jù)采集硬件進(jìn)行壽命仿真，使用NI CompactRIO硬件用于傳感器輸入，我們制造出全自動(dòng)化的壽命測試系統(tǒng)。

　　利用基于LabVIEW的解決方案，我們的客戶可以比以往更全面地對執(zhí)行器進(jìn)行測試。同時(shí)，它還可以在短得多的時(shí)間內(nèi)提供對執(zhí)行器的特性和性能的更好分析。

　　系統(tǒng)綜述

　　為了測試新型的電子執(zhí)行器，我們決定對原來的人工流程進(jìn)行自動(dòng)化。通過這種自動(dòng)化，工程師們可以定位執(zhí)行器中的故障進(jìn)而確定潛在的故障點(diǎn)。以前，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器的占空比是由波形發(fā)生器生成的簡單正弦波。在執(zhí)行器的工作范圍內(nèi)，通過改變幅度來將執(zhí)行器激勵(lì)到各種級(jí)別。測試需要不斷重復(fù)這個(gè)過程直到設(shè)備最后出現(xiàn)故障。這通常會(huì)花費(fèi)數(shù)月的時(shí)間。

　　我們既需要從執(zhí)行器內(nèi)部的傳感器測量數(shù)據(jù)(如電機(jī)溫度的測量)，又需要在外部測量負(fù)載、振動(dòng)及執(zhí)行器對占空比的響應(yīng)。

　　硬件

　　我們利用LabVIEW 開發(fā)出了新型的自動(dòng)化系統(tǒng)。硬件包括高速的NI M系列PCI數(shù)據(jù)采集板來提供占空比波形，并進(jìn)行高速的測量采集。為了確定執(zhí)行器的磁滯特性，我們使用數(shù)據(jù)采集電路板上的兩個(gè)模擬輸入，對波形輸出和外部 LVDT的響應(yīng)輸出同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測。波形被畫到主屏幕上的XY坐標(biāo)曲線上，為我們提供了磁滯性能的視覺化顯示。我們還使用NI SCC-68 連接器單元中的SCC 模塊對執(zhí)行器的電源進(jìn)行了監(jiān)測。

　　利用執(zhí)行器上的加速器，我們可以對NI 9233 C 系列模塊(安裝在NI CompactDAQ 機(jī)箱內(nèi))采集到的電機(jī)振動(dòng)進(jìn)行分析。振動(dòng)測量是分析的一部分，可以幫助我們預(yù)測測試結(jié)束前的故障情況。我們需要一個(gè)帶有充電放大器的負(fù)載電源來測量執(zhí)行器的負(fù)載情況，而執(zhí)行器則通過彈簧被連接到試驗(yàn)臺(tái)上的固定安裝點(diǎn)上。

　　執(zhí)行器內(nèi)部安裝了熱電偶來監(jiān)測設(shè)備內(nèi)部的溫度，同時(shí)使用NI 9211 C 系列模塊來測量環(huán)境溫度。

　　軟件

　　使用LabVIEW 的關(guān)鍵優(yōu)勢在于可以創(chuàng)建一系列的占空比來真實(shí)地表示執(zhí)行器實(shí)際的操作。我們開發(fā)了一套復(fù)雜的占空比方波信號(hào)，而沒有只使用簡單的正弦波。我們將這一組不同占空比的方波信號(hào)循環(huán)播放。每種占空比將執(zhí)行器激勵(lì)到不同的伸長級(jí)別，其中還包含了使執(zhí)行器達(dá)到完全伸長的占空比，來測試執(zhí)行器實(shí)際的極限。

　　軟件GUI 還為操作者提供了以趨勢圖和數(shù)字顯示的方式來查看所有測量數(shù)據(jù)的功能。所有的測量數(shù)據(jù)以一分鐘為間隔保存到文件中，以備后續(xù)分析用。我們可以在一些重要的輸入上放置一個(gè)閾值，用以判定設(shè)備是否正常運(yùn)行，這些輸入包括振動(dòng)通道，電源的電流輸出和設(shè)備的內(nèi)部溫度。如果這些通道中的任意一個(gè)超過預(yù)設(shè)的限定，那么系統(tǒng)將開始在10分鐘內(nèi)以10秒為間隔記錄數(shù)據(jù)。如果在此期間，輸入超過第二個(gè)級(jí)別，那么系統(tǒng)將自動(dòng)切斷執(zhí)行器的電源，然后關(guān)機(jī)。在關(guān)機(jī)的過程中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將以全速記錄數(shù)據(jù)并且保存到磁盤上，以備在對故障進(jìn)行后續(xù)分析時(shí)進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

　　一些執(zhí)行器還被安排研究一些潛在的問題，如傳動(dòng)裝置的摩擦及傳動(dòng)裝置中齒輪的丟失等，來檢查這些問題對長期性能的影響。

　　結(jié)論

　　利用基于LabVIEW 的解決方案，我們的客戶可以比以往更全面地對執(zhí)行器進(jìn)行測試。同時(shí)，它還可以在短得多的時(shí)間內(nèi)提供對執(zhí)行器的特性和性能的更好分析。