基于LabVIEW的航天執(zhí)行器的軟硬件測試方案

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(shù)據(jù)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(nèi)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(qū)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(nèi)，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(xiàn)故障。這通常會花費數(shù)月的時間。

　　我們既需要從執(zhí)行器內(nèi)部的傳感器測量數(shù)據(jù)(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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(nèi))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(jié)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(nèi)部安裝了熱電偶來監(jiān)測設備內(nèi)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(shù)字顯示的方式來查看所有測量數(shù)據(jù)的功能。所有的測量數(shù)據(jù)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(nèi)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(nèi)以10秒為間隔記錄數(shù)據(jù)。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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將以全速記錄數(shù)據(jù)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(jié)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(nèi)提供對執(zhí)行器的特性和性能的更好分析。