使用LabVIEW和PXI平臺開(kāi)發(fā)飛行器結構測試的監測控

挑戰:
為控制系統編寫(xiě)易于使用的程序，用于對機身或其它部件（機翼或舵）進(jìn)行結構和疲勞測試。

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)的數據采集和控制系統。

多功能系統

西班牙比亞喬航空公司是執行飛行器設計和制造行業(yè)中的領(lǐng)導者，我們?yōu)樵摴鹃_(kāi)發(fā)了應用程序，用于對執行飛行器進(jìn)行監視和測試。

我們將軟件程序分為兩個(gè)部分。一部分在PXI 系統上運行，與現場(chǎng)測試車(chē)間的儀器接口。另一部分作為管理單元，在標準的PC 機上運行。我們使用了以太網(wǎng)來(lái)連接PC 機和PXI 系統。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 路的數字輸入通道

● 40 路的數字輸出通道

● 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(kāi)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整個(gè)系統進(jìn)行檢查。

實(shí)際上，用戶(hù)使用這種模式可以獨立于任何的邏輯控制環(huán)激活每個(gè)執行器，在特定點(diǎn)上驗證部件的行為，或者驗證系統每個(gè)部分的功能正常，如對飛行器機艙進(jìn)行加壓等。

硬件構架

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

網(wǎng)與基于實(shí)時(shí)PXI 的數據采集和控制系統相連。然后，PXI 通過(guò)GPIB 與第三方的數據采集部件相連。系統包含了臺式PC（操作系統為NT 4.0 工作站版）機，通過(guò)以太網(wǎng)與基于實(shí)時(shí)PXI 的數據采集和控制系統相連。然后，PXI 通過(guò)GPIB 與第三方的數據采集部件相連。

PXI 系統包含了一個(gè)PXI-1000 機柜，內裝實(shí)時(shí)PXI-8156B 控制器、兩個(gè)通用PXI-6071 DAQ電路板、三個(gè)數據生成PXI-6713電路板，最后還有兩個(gè)PXI-6508數字電路板。PXI 系統與伺服控制系統（模擬CYBER PID 單元）及油氣執行器間的信號連接，都是使用DIN有軌終端模塊完成的。

軟件構架

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

改進(jìn)的數據交換

為了改進(jìn)控制單元與管理單元間的數據交換，我們利用VI 引用技術(shù)，開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用的VI 庫。同時(shí)，為了防止系統和操作損壞，我們添加了“看門(mén)狗”機制——一旦任何通信發(fā)生故障，將會(huì )響起警報。

在開(kāi)始階段，我們使用管理軟件可以加載或編輯.ini配置文件來(lái)描述測試。.ini文件可以超過(guò)20000行，對于從電路板和GPIB儀器進(jìn)行數據采集至關(guān)重要。 而且，它們對于生成執行器激勵信號是很重要的。

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載矩陣和相關(guān)矩陣。這些文件描述了模擬輸入和輸出、數字輸入和輸出，以及從GPIB 儀器進(jìn)行讀取的通道。負載矩陣定義了所有可能的負載值。

24個(gè)模擬輸出對應于24個(gè)執行器，相關(guān)矩陣描述了模擬輸出通道、激勵千斤頂的伺服控制、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(dòng)靜態(tài)測試或疲勞測試，也可以檢查系統。

靜態(tài)測試管理

在靜態(tài)測試過(guò)程中，操作者必須在現場(chǎng)工作。操作者必須首先運行兩個(gè)重要的步驟，即進(jìn)行系統校準及在施加負載前移除空負載。這些步驟使得系統處于最優(yōu)化的初始狀態(tài)。然后，操作者手工地按照直線(xiàn)路徑，逐步將系統從預設的負載百分比調節到另外的百分比。

在程序的GUI 中，我們可以調節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。電位器是非常有用的設備，因為操作者可以用它持續緩慢地改變負載百分比。我們開(kāi)發(fā)了特殊的程序來(lái)避免電位器的突然移動(dòng)。

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(kāi)發(fā)了重要的跟蹤程序，這樣在系統載荷時(shí)，參數從一個(gè)值變到另一個(gè)值，并且軟件識別伺服控制發(fā)出的跟蹤警報。當伺服控制沒(méi)有達到需要的載荷值時(shí)，這些警報會(huì )響起。所以，在跟蹤警報發(fā)出時(shí)，軟件通過(guò)執行跟蹤程序進(jìn)行響應，它將提高或降低激勵和頻率的產(chǎn)生，直到警報停止。

數據生成函數，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(xiě)入到DAC FIFO 中，并且根據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(huì )根據跟蹤警報發(fā)生與否而改變。跟蹤警報被顯示在合適的窗口內。

如果被稱(chēng)為錯誤警報的主要警報發(fā)生，那么測試將自動(dòng)停止。錯誤警報和跟蹤警報都是數字輸入，并且由軟件（活躍/ 跟蹤/ 錯誤等等）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(méi)有操作員監督的情況下運行。像在靜態(tài)測試中那樣，加載了配置文件，進(jìn)行系統校準和移零操作后，系統可以使用反函數來(lái)對DAC 轉換器進(jìn)行編程，來(lái)獲得進(jìn)行飛行模擬的激勵曲線(xiàn)。

激勵曲線(xiàn)是對預先固定的點(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(méi)有警報發(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。

加載參數被存儲在A(yíng)SCII 文件中，以逐點(diǎn)方式描述最后的加載情況（已經(jīng)過(guò)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)行完整數據采集”、更新“模擬飛行或飛行時(shí)間”的次數、打開(kāi)和關(guān)閉壓力閥門(mén)、自動(dòng)加載另外的測試文件等等。