使用LabVIEW和PXI平臺開發(fā)飛行器結(jié)構(gòu)測試的監(jiān)測控制系統(tǒng)

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

解決方案:
使用PXI和LabVIEW實時模塊，創(chuàng)建基于實時技術(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，用于對執(zhí)行飛行器進行監(jiān)視和測試。

我們將軟件程序分為兩個部分。一部分在PXI 系統(tǒng)上運行，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 機上運行。我們使用了以太網(wǎng)來連接PC 機和PXI 系統(tǒng)。程序可以處理高達：

● 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“自動模式”，它是一種動態(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階段或特殊情況下對整個系統(tǒng)進行檢查。

實際上，用戶使用這種模式可以獨立于任何的邏輯控制環(huán)激活每個執(zhí)行器，在特定點上驗證部件的行為，或者驗證系統(tǒng)每個部分的功能正常，如對飛行器機艙進行加壓等。

硬件構(gòu)架

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

網(wǎng)與基于實時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)包含了臺式PC（操作系統(tǒng)為NT 4.0 工作站版）機，通過以太網(wǎng)與基于實時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PXI-1000 機柜，內(nèi)裝實時PXI-8156B 控制器、兩個通用PXI-6071 DAQ電路板、三個數(shù)據(jù)生成PXI-6713電路板，最后還有兩個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

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

改進的數(shù)據(jù)交換

為了改進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，為了防止系統(tǒng)和操作損壞，我們添加了“看門狗”機制——一旦任何通信發(fā)生故障，將會響起警報。

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，對于從電路板和GPIB儀器進行數(shù)據(jù)采集至關(guān)重要。 而且，它們對于生成執(zhí)行器激勵信號是很重要的。

另外兩種文件定義了使用在動態(tài)疲勞測試中使用的負載矩陣和相關(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 儀器進行讀取的通道。負載矩陣定義了所有可能的負載值。

24個模擬輸出對應(yīng)于24個執(zhí)行器，相關(guān)矩陣描述了模擬輸出通道、激勵千斤頂?shù)乃欧刂?、帶反饋信號的采集通道的電氣和機械關(guān)系。在加載了正確的配置文件后，操作者可以啟動靜態(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。操作者必須首先運行兩個重要的步驟，即進行系統(tǒng)校準(zhǔn)及在施加負載前移除空負載。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行采集實現(xiàn)。電位器是非常有用的設(shè)備，因為操作者可以用它持續(xù)緩慢地改變負載百分比。我們開發(fā)了特殊的程序來避免電位器的突然移動。

從反饋伺服控制信號讀取到的負載百分比，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，參數(shù)從一個值變到另一個值，并且軟件識別伺服控制發(fā)出的跟蹤警報。當(dāng)伺服控制沒有達到需要的載荷值時，這些警報會響起。所以，在跟蹤警報發(fā)出時，軟件通過執(zhí)行跟蹤程序進行響應(yīng)，它將提高或降低激勵和頻率的產(chǎn)生，直到警報停止。

數(shù)據(jù)生成函數(shù)，可以管理高達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。生成的頻率對于所有的DAC 都是相同的，會根據(jù)跟蹤警報發(fā)生與否而改變。跟蹤警報被顯示在合適的窗口內(nèi)。

如果被稱為錯誤警報的主要警報發(fā)生，那么測試將自動停止。錯誤警報和跟蹤警報都是數(shù)字輸入，并且由軟件（活躍/ 跟蹤/ 錯誤等等）使用.ini 和GUI 進行定義。

疲勞測試管理

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

激勵曲線是對預(yù)先固定的點進行正弦插值獲得的。程序可以在相鄰的兩點間使用正弦波插入100 個點。如果沒有警報發(fā)生，從一個點到另一個點的切換需要3 秒。同時，在這個測試中，下面的程序用于處理伺服控制發(fā)出的跟蹤警報。

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