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數據采集硬件進行壽命仿真，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)行器進行測試。同時，它還可以在短得多的時間內提供對執(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行自動化。通過這種自動化，工程師們可以定位執(zhí)行器中的故障進而確定潛在的故障點。以前，驅動執(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，通過改變幅度來將執(zhí)行器激勵到各種級別。測試需要不斷重復這個過程直到設備最后出現故障。這通常會花費數月的時間。

　　我們既需要從執(zhí)行器內部的傳感器測量數據(如電機溫度的測量)，又需要在外部測量負載、振動及執(zhí)行器對占空比的響應。

　　硬件

　　我們利用LabVIEW 開發(fā)出了新型的自動化系統(tǒng)。硬件包括高速的NI M系列PCI數據采集板來提供占空比波形，并進行高速的測量采集。為了確定執(zhí)行器的磁滯特性，我們使用數據采集電路板上的兩個模擬輸入，對波形輸出和外部 LVDT的響應輸出同時進行監(jiān)測。波形被畫到主屏幕上的XY坐標曲線上，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 機箱內)采集到的電機振動進行分析。振動測量是分析的一部分，可以幫助我們預測測試結束前的故障情況。我們需要一個帶有充電放大器的負載電源來測量執(zhí)行器的負載情況，而執(zhí)行器則通過彈簧被連接到試驗臺上的固定安裝點上。

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

　　軟件

　　使用LabVIEW 的關鍵優(yōu)勢在于可以創(chuàng)建一系列的占空比來真實地表示執(zhí)行器實際的操作。我們開發(fā)了一套復雜的占空比方波信號，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循環(huán)播放。每種占空比將執(zhí)行器激勵到不同的伸長級別，其中還包含了使執(zhí)行器達到完全伸長的占空比，來測試執(zhí)行器實際的極限。

　　軟件GUI 還為操作者提供了以趨勢圖和數字顯示的方式來查看所有測量數據的功能。所有的測量數據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閾值，用以判定設備是否正常運行，這些輸入包括振動通道，電源的電流輸出和設備的內部溫度。如果這些通道中的任意一個超過預設的限定，那么系統(tǒng)將開始在10分鐘內以10秒為間隔記錄數據。如果在此期間，輸入超過第二個級別，那么系統(tǒng)將自動切斷執(zhí)行器的電源，然后關機。在關機的過程中，數據采集系統(tǒng)將以全速記錄數據并且保存到磁盤上，以備在對故障進行后續(xù)分析時進行進一步的研究。

　　一些執(zhí)行器還被安排研究一些潛在的問題，如傳動裝置的摩擦及傳動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)行器進行測試。同時，它還可以在短得多的時間內提供對執(zhí)行器的特性和性能的更好分析。