摘要：基于PXI平臺，并結(jié)合高效靈活的LabVIEW軟件組成的虛擬儀器系統(tǒng)完成對某型舵系統(tǒng)的檢測。通過使用PXI-6713板卡輸出的信號控制系統(tǒng)的工作，并利用PXI-6254板卡采樣經(jīng)系統(tǒng)調(diào)理后反饋的各路信號，再利用計算機根據(jù)指標來分析判斷該系統(tǒng)工作是否正常及各項參數(shù)是否符合技術(shù)指標要求。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器；PXI總線；LabVIEW

O 引言
    隨著虛擬儀器技術(shù)、PXI總線技術(shù)和計算機技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展，要求測試設(shè)備要具有小型化、集成化、智能化的特點，并且在部隊裝備搶修時，也對測試設(shè)備在振動、溫度與濕度方面提出了較高的要求。利用虛擬儀器技術(shù)，采用PXI總線開發(fā)可視化故障診斷平臺，可以方便地將專家的經(jīng)驗、技術(shù)資料等信息融入到診斷流程開發(fā)中，完成測試程序的開發(fā)。實現(xiàn)對被測裝備的快速故障診斷，提高對裝備的臨時搶修和應(yīng)急、機動保障能力。

1 某型舵系統(tǒng)的工作原理
    該系統(tǒng)由舵機放大器(以下簡稱舵放)、四個電動舵機(以下簡稱舵機)和舵面組成，作為慣性控制系統(tǒng)的執(zhí)行部件，舵放將輸入信號和舵機的位置、速度反饋信號，變換成一定的控制信號給舵機，再由舵機帶動舵面偏轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)角度跟蹤達到穩(wěn)定和控制彈體飛行的目的，對導(dǎo)彈的航向、俯仰和傾斜進行自動控制，結(jié)構(gòu)框圖見圖1。

    輸入信號和本系統(tǒng)的位置、速度反饋信號經(jīng)舵放變換后輸出控制信號驅(qū)動舵機工作，將舵機內(nèi)的電動機輸出的轉(zhuǎn)矩通過減速器傳遞到輸出軸。當輸入信號為零時，電動舵機輸出的轉(zhuǎn)矩不可能傳遞到輸出軸，輸出軸不發(fā)生偏轉(zhuǎn)；當輸入信號為正電壓時，將電動機輸出的轉(zhuǎn)矩通過減速器傳遞到輸出軸，致使輸出軸向—個方向偏轉(zhuǎn)；反之，當輸入信號為負電壓時，致使輸出軸向另一個方向偏轉(zhuǎn)。
    為穩(wěn)定系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)角，并使輸出轉(zhuǎn)角與輸入信號成正比，采用電位器進行位置反饋。
    為使系統(tǒng)工作穩(wěn)定和改善系統(tǒng)的動態(tài)工作品質(zhì)，采用測速發(fā)電機進行速度反饋。

2 測試原理
    PXI工控機利用D／A轉(zhuǎn)換模塊輸出控制信號，用來模擬舵系統(tǒng)的輸入信號，同時電動舵機輸出相應(yīng)的位置、速度反饋信號，該反饋信號經(jīng)調(diào)理模塊進行調(diào)理，再由A／D數(shù)據(jù)采集模塊采集送入工控機?？刂朴嬎銠C將采集的數(shù)據(jù)與相對應(yīng)舵系統(tǒng)技術(shù)指標進行分析、比較，來判定各項參數(shù)是否滿足要求，最終確定舵系統(tǒng)工作是否正常，并通過顯示器顯示出測試結(jié)果。

    PXI控制計算機提供調(diào)理模塊工作所需資源的集成環(huán)境，+28．5 V和±15 V直流電源分別為被測對象和調(diào)理模塊提供正常工作的電源。

3 硬件設(shè)計
3．1 測試平臺
    PXI平臺是一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動化應(yīng)用量身定制的模塊化儀器平臺，具備機械、電氣、軟件等多方面的專業(yè)特性。充分利用了當前最普及的臺式計算機高速標準結(jié)構(gòu)一PCI，是compactPCI規(guī)范的擴展，是以CompactPCI為基礎(chǔ)再加上一些特有的信號組合而成的一個架構(gòu)，繼承了PCI的電氣信號，擁有如PCI bus的極高傳輸數(shù)據(jù)的能力。
    PXI產(chǎn)品具有級別更高、定義更嚴謹?shù)沫h(huán)境一致性指標，符合工業(yè)環(huán)境下振動、撞擊、溫度與濕度的極限條件，尺寸上，4U的PXI機箱比絕大多數(shù)的臺式機或工業(yè)計算機平臺更加緊湊，這對于狹小環(huán)境下的測試來說是一項重要的特性。
    PXI模塊化、前插式結(jié)構(gòu)給維護和升級帶來極大的便利，如果系統(tǒng)中的一個模塊需要修理，工程師可以將其取出而不影響其他模塊，模塊化減少的停機時間降低了系統(tǒng)壽命內(nèi)的維護成本。
3．2 板卡選擇
    數(shù)據(jù)采集采用高速數(shù)據(jù)采集卡PXI-6254，D／A轉(zhuǎn)換采用轉(zhuǎn)換模塊PXI45713。
3．3 調(diào)理電路設(shè)計
    調(diào)理模塊完成直流電源以及各路所需信號的幅值調(diào)理。調(diào)理原理示意圖如圖3所示。

3．4 保護設(shè)計
    檢測臺電源的輸入、輸出設(shè)計有瞬間熔斷保險絲，具有電過載保護功能，電纜、電纜組件的布局和接線應(yīng)保證外露接頭不帶電，以防意外短路，并且電連接器應(yīng)有防插錯設(shè)計。
3．5 計量接口設(shè)計
    配置電源和信號的專用檢測、計量接口，通過對該接口信號的測量，可以對設(shè)備進行計量、鑒定和故障定位。
3．6 電磁兼容性設(shè)計
    (1)電路板采用多層板設(shè)計，將電源層和地層分別單獨敷設(shè)；
    (2)印刷板設(shè)計布局：
    元器件的位置應(yīng)按電源電壓、數(shù)字及模擬電路、電流大小等進行分組，以免相互干擾，所有連接器應(yīng)安排在印刷電路板的一側(cè)，盡量避免從兩側(cè)引出電纜，減少共模輻射；
    (3)線路板的布線線寬不要突變，導(dǎo)線不要突然拐角；
    (4)采用屏蔽電纜，并且電纜布線應(yīng)按照傳輸信號的強弱進行分類歸并，以便使可能發(fā)生的串擾減少到最小。
    (5)在控制線進入印尉板的入口處加接R-C去耦電路，以便消除長線傳輸中可能出現(xiàn)的干擾因素。

4 軟件設(shè)計
4．1 軟件描述
    開發(fā)軟件采用NI LabVIEW 2009，它是一種真正意義上的圖形化編程語言，采用工程技術(shù)人員所熟悉的術(shù)語和圖形化符號代替常規(guī)的文本語言編程，具有界面友好、操作簡單、開發(fā)周期短等特點，廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)的仿真、數(shù)據(jù)采集、儀器控制、測量分析和數(shù)據(jù)顯示等方面，在各大公司、科研機構(gòu)日益普及，得到廣泛應(yīng)用。
    軟件的輸入主要為檢測人員錄入的數(shù)據(jù)、用戶輸入的操作指令及相關(guān)的項目檢測結(jié)果。對于測試的實現(xiàn)，將應(yīng)完成的測試步驟及正常的參數(shù)結(jié)果范圍等信息提前保存，在測試過程中根據(jù)測試步驟產(chǎn)生控制條件加載指令，完成各測試步驟后，讀取測試結(jié)果信息，將測試值與正常的參數(shù)結(jié)果范圍進行分析比較，從而確定該步驟是否通過。
    軟件的輸出主要采用測試數(shù)據(jù)庫，包括以下內(nèi)容：檢測時間、人員、檢測對象序列號、參數(shù)名稱、數(shù)值、測量參數(shù)的參考值及可能的故障部件等測試結(jié)果信息，并提供相應(yīng)的格式進行打印預(yù)覽和打印輸出。
4．2 軟件功能
    包括系統(tǒng)自檢、測試參數(shù)的裝訂、按測試項目進行舵系統(tǒng)電參數(shù)的測試、根據(jù)測試結(jié)果進行故障的自動診斷和定位、顯示和打印測試結(jié)果、建立測試數(shù)據(jù)庫。
4．3 測試項目及方法
    (1)輸出軸偏轉(zhuǎn)極性測試：分別給系統(tǒng)加正、負控制信號。查看舵機的輸出軸偏轉(zhuǎn)方向；
    (2)傳遞系數(shù)測試：給系統(tǒng)加一組輸入信號，分別計算出各個舵的反饋系數(shù)、線性度誤差值；
    (3)轉(zhuǎn)速測試：計算出舵機輸出軸從一個方向最大轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)動到另一個方向最大轉(zhuǎn)角的平均轉(zhuǎn)速；
    (4)過程過渡時間測試：輸入一定的階躍控制信號，同時開始計時和測量該時間；
    (5)零位電壓測試：給系統(tǒng)加一定的輸入信號然后回零，測出其零位的反饋電壓；
    (6)最大轉(zhuǎn)角測量：根據(jù)反饋電壓和舵機轉(zhuǎn)角的比例關(guān)系，計算出舵機偏轉(zhuǎn)的最大轉(zhuǎn)角；
    (7)控制信號測試：給舵放加一組輸入信號，然后檢測出其相應(yīng)輸出給舵機的控制信號。
4．4 軟件構(gòu)成
    軟件主要由人機界面模塊、自檢測模塊、測試模塊、檢定模塊、幫助說明模塊組成。
    人機界面模塊要求在顯示器上顯示出供操作者選用相應(yīng)的功能選項，操作者一旦選擇了某項功能，檢測臺就打開相應(yīng)的測試模塊完成該項測試，測試結(jié)束后回到主菜單。
    自檢測模塊是對檢測儀的各個板卡進行檢測，利用自檢測程序完成板卡各通道的檢測。自檢完成后，屏幕顯示自檢測結(jié)果，當有故障時，顯示故障定位，如果提示有故障，則其余測試模塊將不允許操作。
    測試模塊是檢測儀按照測試項目對舵系統(tǒng)完成各項電參數(shù)檢測。并要求測試模塊每次得出測試結(jié)果后都可調(diào)用數(shù)據(jù)庫的指標，通過對比得出測試結(jié)果，若出現(xiàn)故障則需得出故障模式，做出故障定位。
    通過檢定模塊此模塊可以完成對設(shè)備的計量檢定。
    幫助說明模塊提供檢測儀組成、功能、測試程序概述、使用方法、注意事項。
4．5 軟件流程

4．6 軟件安裝和維護
    完成軟件的設(shè)計后，生成可執(zhí)行文件，測試時點擊該文件即可運行程序。為便于軟件的維護，在正確完成系統(tǒng)和各個功能板卡驅(qū)動的安裝后，進行系統(tǒng)備份。同時，為了確保系統(tǒng)的安全，設(shè)置重置功能，一旦使用該功能，系統(tǒng)恢復(fù)到初始狀態(tài)。

5 結(jié)束語
    該檢測臺基于高速的PXI總線平臺，能夠滿足該舵系統(tǒng)的檢測要求，利用PXI總線的模塊完成信號采集與測試，硬件通道數(shù)和規(guī)模均可擴展，并且用戶通過友好的軟件界面即可完成操作，提供開放的二次開發(fā)接口，功能強大，擴展靈活，提高了系統(tǒng)檢測的機動性和靈活性，實現(xiàn)了被測對象的快速故障診斷，同時降低了診斷流程開發(fā)的難度，提高了實用性。