冗余伺服機(jī)構(gòu)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)

　　摘要：本文針對(duì)伺服機(jī)構(gòu)產(chǎn)品類型多、測(cè)試狀態(tài)多、測(cè)試環(huán)境復(fù)雜的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一套易擴(kuò)展、易使用、易維護(hù)的自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件包括數(shù)據(jù)采集控制模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、功率放大模塊和電源調(diào)理模塊，系統(tǒng)軟件基于LabVIEW的虛擬儀器技術(shù)，利用動(dòng)態(tài)調(diào)用子面板技術(shù)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，并結(jié)合報(bào)表插件和數(shù)據(jù)庫(kù)插件實(shí)現(xiàn)測(cè)試參數(shù)保存和測(cè)試報(bào)表制作。同時(shí)軟件自動(dòng)保存所有測(cè)試數(shù)據(jù)，便于事后數(shù)據(jù)回放及溯源。測(cè)試系統(tǒng)在冗余和非冗余伺服機(jī)構(gòu)的流水線測(cè)試及交付中應(yīng)用，并取得良好結(jié)果。

　　引言

　　伺服機(jī)構(gòu)是航天運(yùn)載火箭控制系統(tǒng)推力矢量控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，屬于控制系統(tǒng)重要單機(jī)，接收箭載計(jì)算機(jī)位置指令信號(hào)，然后通過電液功率轉(zhuǎn)換實(shí)時(shí)推擺發(fā)動(dòng)機(jī)噴管，實(shí)現(xiàn)火箭飛行姿態(tài)控制。

　　伺服機(jī)構(gòu)自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱測(cè)試系統(tǒng))借助于計(jì)算機(jī)、通信和電子電路技術(shù)，對(duì)用于不同型號(hào)火箭的各類伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)化性能測(cè)試，并將實(shí)時(shí)測(cè)試參數(shù)實(shí)施監(jiān)測(cè)和存儲(chǔ)，對(duì)測(cè)試性能參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)判讀，提高性能測(cè)試質(zhì)量，確保被測(cè)伺服機(jī)構(gòu)產(chǎn)品工作可靠性^[1]。

　　1 測(cè)試系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)

　　測(cè)試系統(tǒng)由三部分組成，測(cè)試電纜、測(cè)試設(shè)備、測(cè)試軟件。其中，測(cè)試電纜采用機(jī)箱內(nèi)部、機(jī)箱與機(jī)箱之間采用的測(cè)試電纜為錦綸套管電纜，該電纜比較輕便;測(cè)試系統(tǒng)與伺服機(jī)構(gòu)連接的電纜為耐磨、耐腐蝕的塑料套管電纜。測(cè)試設(shè)備由啟動(dòng)機(jī)箱、測(cè)控機(jī)箱、打印機(jī)、顯示器及鼠標(biāo)鍵盤組成。測(cè)試軟件采用LabVIEW軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)，軟件框架采用動(dòng)態(tài)調(diào)用子面板技術(shù)。各個(gè)測(cè)試模塊采用軟件平臺(tái)自帶的生產(chǎn)者消費(fèi)者框架技術(shù)^[2]。

　　1.1 測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　為了保證整套系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性和美觀性，測(cè)試系統(tǒng)啟動(dòng)機(jī)箱與測(cè)控機(jī)箱的尺寸、顏色完全一致。啟動(dòng)機(jī)箱控制給產(chǎn)品供電的DC電源和中頻電源的通斷。機(jī)箱內(nèi)使用數(shù)字電壓表頭檢測(cè)電壓，利用測(cè)控機(jī)箱內(nèi)的電源信號(hào)調(diào)理模塊和多功能數(shù)據(jù)采集卡的AD進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣存儲(chǔ)。同時(shí)機(jī)箱還對(duì)供電電源的過壓和過流進(jìn)行監(jiān)測(cè)和保護(hù)控制。

　　測(cè)控機(jī)箱通過遙測(cè)電纜對(duì)伺服機(jī)構(gòu)I、II、雙向(I、II冗余)的相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、處理并通過控制電纜完成對(duì)伺服機(jī)構(gòu)的控制驅(qū)動(dòng)。內(nèi)部含有四個(gè)功率放大模塊、兩個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、電源處理模塊、三塊多功能數(shù)據(jù)采集卡(含有AD/DA DIO功能，型號(hào)分別為6232、6230、6232)，此外還安裝了PXI零槽控制器。測(cè)控機(jī)箱組成框圖如圖1所示。

　　測(cè)試系統(tǒng)不僅滿足非冗余伺服機(jī)構(gòu)在空載、大泵負(fù)載、負(fù)載狀態(tài)下的測(cè)試需求，而且還要滿足冗余伺服機(jī)構(gòu)在空載、大泵負(fù)載、負(fù)載狀態(tài)下的測(cè)試需求。在冗余伺服機(jī)構(gòu)測(cè)試狀態(tài)下，產(chǎn)品需進(jìn)行一冗余、二冗余的故障測(cè)試及三冗余的性能測(cè)試，冗余控制框圖如圖2所示。四塊功率放大輸出卡為多功能卡6232的DO輸出調(diào)理電路，通過對(duì)繼電器開合控制，從而對(duì)伺服機(jī)構(gòu)余度狀態(tài)下的性能進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)模擬故障狀態(tài)下測(cè)試功能：

　　功率放大輸出卡：主要用于伺服機(jī)構(gòu)反饋電位器的電源供電及伺服閥線圈的電流供電，并擁有閉環(huán)和開環(huán)兩種功能。由于負(fù)載為感性負(fù)載，功放電路具有較大余量的電壓和電流，并增加相應(yīng)的過載保護(hù)：