摘要：基于PXI平臺，并結合高效靈活的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板卡采樣經系統(tǒng)調理后反饋的各路信號，再利用計算機根據指標來分析判斷該系統(tǒng)工作是否正常及各項參數是否符合技術指標要求。
關鍵詞：虛擬儀器；PXI總線；LabVIEW

O 引言
    隨著虛擬儀器技術、PXI總線技術和計算機技術等高新技術的發(fā)展，要求測試設備要具有小型化、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，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驗、技術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，從而實現(xiàn)角度跟蹤達到穩(wěn)定和控制彈體飛行的目的，對導彈的航向、俯仰和傾斜進行自動控制，結構框圖見圖1。

    輸入信號和本系統(tǒng)的位置、速度反饋信號經舵放變換后輸出控制信號驅動舵機工作，將舵機內的電動機輸出的轉矩通過減速器傳遞到輸出軸。當輸入信號為零時，電動舵機輸出的轉矩不可能傳遞到輸出軸，輸出軸不發(fā)生偏轉；當輸入信號為正電壓時，將電動機輸出的轉矩通過減速器傳遞到輸出軸，致使輸出軸向—個方向偏轉；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。
    為穩(wěn)定系統(tǒng)輸出轉角，并使輸出轉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，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的位置、速度反饋信號，該反饋信號經調理模塊進行調理，再由A／D數據采集模塊采集送入工控機?？刂朴嬎銠C將采集的數據與相對應舵系統(tǒng)技術指標進行分析、比較，來判定各項參數是否滿足要求，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果。

    PXI控制計算機提供調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理模塊提供正常工作的電源。

3 硬件設計
3．1 測試平臺
    PXI平臺是一種專為工業(yè)數據采集與自動化應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構一PCI，是compactPCI規(guī)范的擴展，是以CompactPCI為基礎再加上一些特有的信號組合而成的一個架構，繼承了PCI的電氣信號，擁有如PCI bus的極高傳輸數據的能力。
    PXI產品具有級別更高、定義更嚴謹的環(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、前插式結構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)壽命內的維護成本。
3．2 板卡選擇
    數據采集采用高速數據采集卡PXI-6254，D／A轉換采用轉換模塊PXI45713。
3．3 調理電路設計
    調理模塊完成直流電源以及各路所需信號的幅值調理。調理原理示意圖如圖3所示。

3．4 保護設計
    檢測臺電源的輸入、輸出設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保證外露接頭不帶電，以防意外短路，并且電連接器應有防插錯設計。
3．5 計量接口設計
    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，可以對設備進行計量、鑒定和故障定位。
3．6 電磁兼容性設計
    (1)電路板采用多層板設計，將電源層和地層分別單獨敷設；
    (2)印刷板設計布局：
    元器件的位置應按電源電壓、數字及模擬電路、電流大小等進行分組，以免相互干擾，所有連接器應安排在印刷電路板的一側，盡量避免從兩側引出電纜，減少共模輻射；
    (3)線路板的布線線寬不要突變，導線不要突然拐角；
    (4)采用屏蔽電纜，并且電纜布線應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，采用工程技術人員所熟悉的術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，廣泛應用于各個行業(yè)的仿真、數據采集、儀器控制、測量分析和數據顯示等方面，在各大公司、科研機構日益普及，得到廣泛應用。
    軟件的輸入主要為檢測人員錄入的數據、用戶輸入的操作指令及相關的項目檢測結果。對于測試的實現(xiàn)，將應完成的測試步驟及正常的參數結果范圍等信息提前保存，在測試過程中根據測試步驟產生控制條件加載指令，完成各測試步驟后，讀取測試結果信息，將測試值與正常的參數結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據庫，包括以下內容：檢測時間、人員、檢測對象序列號、參數名稱、數值、測量參數的參考值及可能的故障部件等測試結果信息，并提供相應的格式進行打印預覽和打印輸出。
4．2 軟件功能
    包括系統(tǒng)自檢、測試參數的裝訂、按測試項目進行舵系統(tǒng)電參數的測試、根據測試結果進行故障的自動診斷和定位、顯示和打印測試結果、建立測試數據庫。
4．3 測試項目及方法
    (1)輸出軸偏轉極性測試：分別給系統(tǒng)加正、負控制信號。查看舵機的輸出軸偏轉方向；
    (2)傳遞系數測試：給系統(tǒng)加一組輸入信號，分別計算出各個舵的反饋系數、線性度誤差值；
    (3)轉速測試：計算出舵機輸出軸從一個方向最大轉角轉動到另一個方向最大轉角的平均轉速；
    (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)最大轉角測量：根據反饋電壓和舵機轉角的比例關系，計算出舵機偏轉的最大轉角；
    (7)控制信號測試：給舵放加一組輸入信號，然后檢測出其相應輸出給舵機的控制信號。
4．4 軟件構成
    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，檢測臺就打開相應的測試模塊完成該項測試，測試結束后回到主菜單。
    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)完成各項電參數檢測。并要求測試模塊每次得出測試結果后都可調用數據庫的指標，通過對比得出測試結果，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，設置重置功能，一旦使用該功能，系統(tǒng)恢復到初始狀態(tài)。

5 結束語
    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。