基于虛擬儀器的遠控系統自動(dòng)測試技術(shù)

虛擬儀器技術(shù)是現代計算機技術(shù)和儀器技術(shù)深層次結合的產(chǎn)物，是當今自動(dòng)測試領(lǐng)域的一項重要技術(shù)。其核心是利用飛速發(fā)展的計算機技術(shù)，通過(guò)共享計算機內部的軟、硬件資源，編制、運行儀器軟件，建立圖形環(huán)境和在線(xiàn)幫助機制，完成數據分析和處理功能，用靈活的虛擬軟面板實(shí)現儀器的激勵、測試和控制功能[1,2]。

潛艇主機遠控系統是潛艇主機的自動(dòng)控制、狀態(tài)監測和安全保護設備，是潛艇主動(dòng)力系統的核心部件，它對潛艇動(dòng)力系統的安全、可靠運行十分重要，關(guān)系到整艘潛艇的安全性，是保證潛艇在航率和完成戰斗使命的關(guān)鍵因素。因此，無(wú)論是在設計制造階段，還是在潛艇服役后的各等級維修階段，都必須對潛艇主機遠控系統的各項功能進(jìn)行全面的測試，使其滿(mǎn)足戰技術(shù)要求。目前國內進(jìn)行測試時(shí)只能采用人工操縱、經(jīng)驗判別的方式，過(guò)程復雜且工作效率低。這種測試方法已經(jīng)跟不上現代裝備維修保障工作的需要，更無(wú)法滿(mǎn)足現代高新技術(shù)裝備的測試要求[3]。有鑒于此，本文結合虛擬儀器的思想，研究了構建自動(dòng)測試系統的具體過(guò)程，分析了實(shí)現過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)，并研制出了某型潛艇主機遠控系統的自動(dòng)測試系統。

1測試需求分析和總體方案設計

1.1測試需求分析

根據主機遠控系統的工作環(huán)境和測試工作的需要，所設計的自動(dòng)測試系統應具有以下功能：

1）測試系統本身的自檢自校能力。

2）程序化自動(dòng)測試和人工輔助測試功能。

3）能提供被測設備及其部件正常工作和故障診斷所需的激勵信號、模擬負載等環(huán)境條件。

4）能對主機遠控系統進(jìn)行功能檢測和性能測試，測試結果應能直觀(guān)地顯示。

5）具有信號處理、故障分析、故障定位能力，故障點(diǎn)定位要盡可能具體、正確。

結合裝備的實(shí)際情況[1,3]，對自動(dòng)測試系統進(jìn)行設計時(shí)，應該遵循以下基本原則：

1）以滿(mǎn)足部隊作戰需求、進(jìn)步戰斗力為基本目標，保障武器裝備系統的質(zhì)量和可靠性，進(jìn)步可測試性和可維修性。

2）從軍用武器系統的角度出發(fā)，在A(yíng)TS各層次、全壽命各階段堅持通用化、系列化、標準化的設計原則，降低全壽命周期用度、縮短研制周期。

3）應用模塊化的商品及其技術(shù)，采用集成化的構造方式，確保系統的先進(jìn)性、開(kāi)放性、擴展性，保證測試系統本身的可靠性和長(cháng)期穩定性。

4）應用人工智能技術(shù)，研究故障診斷理論和方法，進(jìn)步故障診斷和隔離水平，建立有效的故障診斷系統。

1.2自動(dòng)測試系統總體方案設計

自動(dòng)測試系統的基本思想是：向被測對象送出測試矢量，接收對象在該測試矢量激勵下的響應信息，再根據激勵與響應之間的關(guān)系分析并“決策”和“產(chǎn)生”下一個(gè)激勵信號，如此進(jìn)行下往，最后對激勵序列和響應序列進(jìn)行分析和處理，判定被測試對象的功能是否正常，進(jìn)而進(jìn)行故障分析和故障定位。

在具體分析主機遠控系統的工作原理的基礎上，結合國內外自動(dòng)測試技術(shù)的先進(jìn)思想[4～6]，根據測試需求，確定本文研究的自動(dòng)測試系統的總體測試方案如下：

1）整機性能測試。針對控制系統整機的所有工作狀態(tài)，仿真整個(gè)控制系統的所有輸進(jìn)信號，檢測其輸出信號，判定整機功能是否正常，如有故障，初步確定系統的故障性質(zhì)與部位。

2）分機性能測試。根據各分機的工作原理和功能，仿真各分機的所有輸進(jìn)信號，檢測其輸出信號，判定各分機的功能是否正常。

3）故障設備的故障診斷。在工控機的控制下，根據需要向故障設備送出故障診斷激勵矢量，通過(guò)采集關(guān)鍵電子元器件的響應信號，運用公道的故障診斷方法尋找故障源，將故障定位到回路，并盡可能定位到元器件。

2系統硬件設計

2.1遠控系統硬件組成

潛艇主機遠控系統由原動(dòng)機遠控裝置、離合器保護和信號裝置、電源和信號裝置、原動(dòng)機狀態(tài)復示裝置組成，各部分的連接關(guān)系及與潛艇上其它設備的連接關(guān)系如圖1所示。虛線(xiàn)部分為潛艇主機遠控系統。

遠控系統各部分的主要功能如下：

1）原動(dòng)機遠控裝置。在原動(dòng)機處于遠控狀態(tài)時(shí)，完成原動(dòng)機的盤(pán)車(chē)、吹車(chē)、啟動(dòng)、調速、正常停車(chē)、應急調節器停車(chē)、應急保護停車(chē)等功能，顯示原動(dòng)機的運行狀態(tài)、報警信號、停機信號，并與離合器保護和信號裝置一起對原動(dòng)機進(jìn)行安全保護。

2）離合器保護和信號裝置。顯示氣動(dòng)輪胎離合器的狀態(tài)，接受全艇控制系統的信號并向其反饋信號，與原動(dòng)機遠控裝置一起對原動(dòng)機進(jìn)行安全保護，并與電源和信號裝置一起控制整個(gè)遠控系統的工作狀態(tài)。

3）電源和信號裝置。將潛艇所供的電源處理后，根據遠控系統的工作狀態(tài)將電源分配到其它裝置，并與離合器保護和信號裝置一起控制整個(gè)遠控系統的工作狀態(tài)。

4）原動(dòng)機狀態(tài)復示裝置。根據原動(dòng)機遠控裝置中各量的狀態(tài)對原動(dòng)機的運行狀態(tài)、報警信號、停機信號等進(jìn)行復示。

圖1遠控系統組成及與其它設備的連接關(guān)系

圖2自動(dòng)測試系統硬件組成示意圖

2.2自動(dòng)測試系統硬件組成

虛擬儀用具有硬件少、體積小、重量輕、功能強、可擴充性強等優(yōu)點(diǎn)。與傳統儀器一樣，虛擬儀器可以劃分為數據采集與控制、數據分析與處理、結果表達與輸出三大功能模塊。結合虛擬儀器的思想[2,7]，設計自動(dòng)測試系統的硬件實(shí)現方案如圖2所示。

圖2中被測試對象是待測試的遠控系統整機或者某一分機。電源電路向遠控系統和信號調理電路供電，其中遠控系統需要的是特殊的電源，需要購買(mǎi)專(zhuān)門(mén)的電源或者自行設計電源變換電路。

為了實(shí)現遠控系統整機或分機的自動(dòng)測試，需要為其設計專(zhuān)門(mén)的接口電路和信號調理電路，信號發(fā)生器、數據采集設備和被測試對象之間的所有信號都通過(guò)它傳遞，其主要作用有：①將信號發(fā)生器發(fā)出的信號（模擬量、數字量等）根據需要轉換成遠控系統所能接受的信號;②將遠控系統產(chǎn)生的信號（模擬量、數字量等）轉換成數據采集設備所能接受的信號。

信號發(fā)生器的主要作用是：在工控機的控制下產(chǎn)生相應的信號，經(jīng)信號調理電路轉換后送到遠控系統，即產(chǎn)生激勵矢量。

數據采集設備的主要作用是：在工控機的控制下，采集遠控系統在激勵矢量作用下的響應信號（經(jīng)過(guò)信號調理電路轉換），然后將信號送到工控機進(jìn)行數據分析和處理。

工控機在軟件的指揮下控制整個(gè)自動(dòng)測試系統的運行，也是人機交互的主要途徑，它根據需要控制信號發(fā)生器向遠控系統發(fā)出激勵矢量，同時(shí)將遠控系統的響應矢量進(jìn)行數據分析和處理，判定被測對象的功能是否正常并對其進(jìn)行故障診斷，最后將判定結果及診斷信息通過(guò)顯示設備進(jìn)行顯示或通過(guò)打印機進(jìn)行打印。

3自動(dòng)測試系統的軟件設計

虛擬儀器的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境目前主要有兩類(lèi)：一類(lèi)是文本式的編程語(yǔ)言，如VisualC++、VisualBasic、C++、LabWindows/CVI等;另一類(lèi)是圖形化編程語(yǔ)言，具有代表性的有LabVIEW、HPVEE等[8]。圖形化編程語(yǔ)言和文本式編程語(yǔ)言相比，具有編程簡(jiǎn)單、直觀(guān)、開(kāi)發(fā)效率高的特點(diǎn);而文本式編程語(yǔ)言靈活性較好，用戶(hù)可以靈活的添加功能，而且比圖形化編程軟件開(kāi)發(fā)本錢(qián)低?？紤]到本自動(dòng)測試系統有大量的信號仿真、信號檢測、數據處理，而且需要有大量的圖形界面處理，選擇LabVIEW作為軟件開(kāi)發(fā)平臺。程序框圖如圖3所示。

圖3自動(dòng)測試系統軟件程序框圖

圖4自動(dòng)測試系統主界面

系統開(kāi)機后，首先進(jìn)行測試系統本身的自檢，如無(wú)異常，進(jìn)進(jìn)自動(dòng)測試系統主界面，如圖4所示。用戶(hù)可以根據需要選擇測試方案，測試方案分為以下三種：

1）整機功能測試。點(diǎn)擊主界面上的“整機功能測試”按鈕進(jìn)進(jìn)整機功能測試主界面。當控制系統的所有設備正常連接時(shí)，針對控制系統整體的所有功能（電源變換功能、信號指示功能、原動(dòng)機控制功能、遠控和保護功能），仿真模擬被控對象的工作過(guò)程，按照程序設置送給控制系統所需的輸進(jìn)信號，檢測其輸出信號，根據輸進(jìn)矢量和輸出矢量之間的關(guān)系判定整機功能是否正常。假如功能測試不正常，則控制系統有故障，將故障定位到分機。

2）分機功能測試。在“分機功能”測試區點(diǎn)擊分機名稱(chēng)按鈕進(jìn)進(jìn)相應分機的測試界面。根據該分機的工作原理和功能，仿真模擬被控對象的工作過(guò)程和與其相聯(lián)系的其它分機的耦合信號，按照程序設置送給該分機所需的輸進(jìn)信號，檢測其輸出信號，根據輸進(jìn)矢量和輸出矢量之間的關(guān)系判定該分機功能是否正常。若不正常，則該分機有故障，視具體情況可以初步確定該分機的故障性質(zhì)和故障部位。

3）故障設備的故障診斷。當通過(guò)“整機功能測試”或“分機功能測試”判定出某個(gè)分機故障時(shí)，就要對該分機進(jìn)行具體的故障診斷。故障診斷時(shí)可以采用各種公道、先進(jìn)的故障診斷方法搜尋故障的原因，盡可能將故障定位到元器件，進(jìn)步故障診出率，并盡量減少漏報和誤報現象。本系統中采用以故障樹(shù)分析法為主、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )推理為輔的診斷方法。對故障設備故障樹(shù)的構造，采取理論與實(shí)踐相結合的方法，即在具體分析其工作原理的基礎上，結合大量的人工診斷的經(jīng)驗，構造公道的故障樹(shù)。故障診斷時(shí)，先將故障樹(shù)結構存進(jìn)計算機中，然后采取自上而下的方式進(jìn)行故障搜尋和定位，測試時(shí)，工控機根據需要不斷向故障設備送出故障激勵矢量，同時(shí)采集關(guān)鍵電子元器件的響應矢量，根據激勵矢量和響應矢量的關(guān)系進(jìn)行故障定位。當需要輔助推理時(shí)，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )推理方法，終極搜尋到故障的真正原因。當需要人工輔助時(shí)，軟件會(huì )提示用戶(hù)進(jìn)行輔助測試，并提示人工輔助的方法。

4結論

本文具體分析了構建基于虛擬儀器的自動(dòng)測試系統的各個(gè)環(huán)節，研究了實(shí)現過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)。并以L(fǎng)abVIEW為開(kāi)發(fā)環(huán)境，開(kāi)發(fā)出了某型潛艇主機遠控系統的自動(dòng)測試系統，該自動(dòng)測試系統能夠實(shí)現遠控系統整機和各分機的性能測試，并能夠對故障設備進(jìn)行具體的故障診斷。實(shí)際使用表明，該自動(dòng)測試系統功能完善、界面直觀(guān)、操縱簡(jiǎn)便、故障診出率高。

本文作者創(chuàng )新點(diǎn)：

1）研究了將虛擬儀器技術(shù)應用于遠控系統自動(dòng)測試過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)。

2）通過(guò)公道整合軟、硬件資源，將上述技術(shù)應用于實(shí)際，研制出了某型遠控系統整機和各分機的自動(dòng)測試系統。

參考文獻

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