基于虚拟仪器的遥控系统自动测试技术.docx

基于虚拟仪器的遥控系统自动测试技术ronggang导语：通过编制完善的软件，完成了繁杂的数据分析和逻辑推理功能。该自动测试系统可以实现遥控系统整机和各分机的性能测试，并可以对故障设备进展详细的故障诊断，将故障定位到元器件或回路摘要：潜艇主机遥控系统是潜艇主动力系统的关键部件，其工作状态和接口信号特别复杂。结合虚拟仪器的思想，充分利用计算机的强大功能，合理整合软硬件资源，详细分析了构建自动测试系统的各个环节，研究了实现经过中的关键技术。利用标准化、通用化的硬件资源，配以自行研制的接口电路，构建了自动测试系统的硬件平台，实现了鼓励和测试功能。通过编制完善的软件，完成了繁杂的数据分析和逻辑推理功能。该自动测试系统可以实现遥控系统整机和各分机的性能测试，并可以对故障设备进展详细的故障诊断，将故障定位到元器件或回路。关键词：遥控系统;虚拟仪器VI;自动测试系统ATS;故障诊断Abstract:Theremotecontrolsystemofsubmarinesmainmarineengineisthekeypartofsubmarinesmainpowersystemandhasvariousworkingstatus.Itsinterfacesignalisverycomplicate.Combinedwiththethoughtofvirtualinstrument,everyparttobuildtheautomatictestsystemisanalyzedindetailandthekeytechnologiesinitsimplementationarestudied.Thestrongfunctionofcomputerisfullyutilizedandthesoftwareandhardwareresourcesarerationallyintegrated.Thehardwareplatformoftheautomatictestsystemisbuilttoaccomplishthefunctionsofexcitationandtestbyusingthestandardandgeneralhardwareresources,togetherwiththeinterfacecircuitswhichareself-designed.Theapplicationisprogrammedcompletelytoaccomplishthecomplexfunctionsofdataanalysisandlogicreasoning.Thisautomatictestsystemcannotonlytestthefunctionsoftheremotecontrolsystemasaintegeroranysub-equipment,butalsocandiagnosethefaultsoftheequipment.Thefaultcomponentorfaultloopcanbelocatedprecisely.Keywords:remotecontrolsystem;virtualinstrumentVI;automatictestsystemATS;faultdiagnosis0引言虚拟仪器技术是当代计算机技术和仪器技术深层次结合的产物，是当今自动测试领域的一项重要技术。其核心是利用飞速开展的计算机技术，通过分享计算机内部的软、硬件资源，编制、运行仪器软件，建立图形环境和在线帮助机制，完成数据分析和处理功能，用灵敏的虚拟软面板实现仪器的鼓励、测试和控制功能1,2。潜艇主机遥控系统是潜艇主机的自动控制、状态监测和平安保护设备，是潜艇主动力系统的核心部件，它对潜艇动力系统的平安、可靠运行特别重要，关系到整艘潜艇的平安性，是保证潜艇在航率和完成战斗使命的关键因素。因此，无论是在设计制造阶段，还是在潜艇服役后的各等级维修阶段，都必须对潜艇主机遥控系统的各项功能进展全面的测试，使其知足战技术要求。目前国内进展测试时只能采用人工操作、经历判别的方式，经过复杂且工作效率低。这种测试方法已经跟不上当代装备维修保障工作的需要，更无法知足当代高新技术装备的测试要求3。有鉴于此，本文结合虚拟仪器的思想，研究了构建自动测试系统的详细经过，分析了实现经过中的关键技术，并研制出了某型潜艇主机遥控系统的自动测试系统。1测试需求分析和总体方案设计1.1测试需求分析根据主机遥控系统的工作环境和测试工作的需要，所设计的自动测试系统应具有以下功能：1测试系统本身的自检自校才能。2程序化自动测试和人工辅助测试功能。3能提供被测设备及其部件正常工作和故障诊断所需的鼓励信号、模拟负载等环境条件。4能对主机遥控系统进展功能检测和性能测试，测试结果应能直观地显示。5具有信号处理、故障分析、故障定位才能，故障点定位要尽可能详细、准确。结合装备的实际情况1,3，对自动测试系统进展设计时，应该遵循以下根本原那么：1以知足部队作战需求、进步战斗力为根本目的，保障武器装备系统的质量和可靠性，进步可测试性和可维修性。2参军用武器系统的角度出发，在ATS各层次、全寿命各阶段坚持通用化、系列化、标准化的设计原那么，降低全寿命周期费用、缩短研制周期。3应用模块化的商品及其技术，采用集成化的构造方式，确保系统的先进性、开放性、扩展性，保证测试系统本身的可靠性和长期稳定性。4应用人工智能技术，研究故障诊断理论和方法，进步故障诊断和隔离程度，建立有效的故障诊断系统。1.2自动测试系统总体方案设计自动测试系统的根本思想是：向被测对象送出测试矢量，接收对象在该测试矢量鼓励下的响应信息，再根据鼓励与响应之间的关系分析并“决策和“产生下一个鼓励信号，如此进展下去，最后对鼓励序列和响应序列进展分析和处理，判断被测试对象的功能是否正常，进而进展故障分析和故障定位。在详细分析主机遥控系统的工作原理的根底上，结合国内外自动测试技术的先进思想46，根据测试需求，确定本文研究的自动测试系统的总体测试方案如下：1整机性能测试。针对控制系统整机的所有工作状态，仿真整个控制系统的所有输入信号，检测其输出信号，判断整机功能是否正常，如有故障，初步确定系统的故障性质与部位。2分机性能测试。根据各分机的工作原理和功能，仿真各分机的所有输入信号，检测其输出信号，判断各分机的功能是否正常。3故障设备的故障诊断。在工控机的控制下，根据需要向故障设备送出故障诊断鼓励矢量，通过收集关键电子元器件的响应信号，运用合理的故障诊断方法寻找故障源，将故障定位到回路，并尽可能定位到元器件。2系统硬件设计2.1遥控系统硬件组成潜艇主机遥控系统由原动机遥控装置、离合器保护和信号装置、电源和信号装置、原动机状态复示装置组成，各局部的连接关系及与潜艇上其它设备的连接关系如图1所示。虚线局部为潜艇主机遥控系统。遥控系统各局部的主要功能如下：1原动机遥控装置。在原动机处于遥控状态时，完成原动机的盘车、吹车、启动、调速、正常停车、应急调节器停车、应急保护停车等功能，显示原动机的运行状态、报警信号、停机信号，并与离合器保护和信号装置一起对原动机进展平安保护。2离合器保护和信号装置。显示气动轮胎离合器的状态，承受全艇控制系统的信号并向其反应信号，与原动机遥控装置一起对原动机进展平安保护，并与电源和信号装置一起控制整个遥控系统的工作状态。3电源和信号装置。将潜艇所供的电源处理后，根据遥控系统的工作状态将电源分配到其它装置，并与离合器保护和信号装置一起控制整个遥控系统的工作状态。4原动机状态复示装置。根据原动机遥控装置中各量的状态对原动机的运行状态、报警信号、停机信号等进展复示。align=center图1遥控系统组成及与其它设备的连接关系图2自动测试系统硬件组成示意图/align2.2自动测试系统硬件组成虚拟仪器具有硬件少、体积小、重量轻、功能强、可扩大性强等优点。与传统仪器一样，虚拟仪器可以划分为数据收集与控制、数据分析与处理、结果表达与输出三大功能模块。结合虚拟仪器的思想2,7，设计自动测试系统的硬件实现方案如图2所示。图2中被测试对象是待测试的遥控系统整机或某一分机。电源电路向遥控系统和信号调理电路供电，其中遥控系统需要的是特殊的电源，需要购置专门的电源或自行设计电源变换电路。为了实现遥控系统整机或者分机的自动测试，需要为其设计专门的接口电路和信号调理电路，信号发生器、数据收集设备和被测试对象之间的所有信号都通过它传递，其主要作用有：将信号发生器发出的信号模拟量、数字量等根据需要转换成遥控系统所能承受的信号;将遥控系统产生的信号模拟量、数字量等转换成数据收集设备所能承受的信号。信号发生器的主要作用是：在工控机的控制下产生相应的信号，经信号调理电路转换后送到遥控系统，即产生鼓励矢量。数据收集设备的主要作用是：在工控机的控制下，收集遥控系统在鼓励矢量作用下的响应信号经过信号调理电路转换，然后将信号送到工控机进展数据分析和处理。工控机在软件的指挥下控制整个自动测试系统的运行，也是人机交互的主要途径，它根据需要控制信号发生器向遥控系统发出鼓励矢量，同时将遥控系统的响应矢量进展数据分析和处理，判断被测对象的功能是否正常并对其进展故障诊断，最后将判断结果及诊断信息通过显示设备进展显示或者通过打印机进展打印。3自动测试系统的软件设计虚拟仪器的软件开发环境目前主要有两类：一类是文本式的编程语言，如VisualC+、VisualBasic、C+、LabWindows/CVI等;另一类是图形化编程语言，具有代表性的有LabVIEW、HPVEE等8。图形化编程语言和文本式编程语言相比，具有编程简单、直观、开发效率高的特点;而文本式编程语言灵敏性较好，用户可以灵敏的添加功能，而且比图形化编程软件开发本钱低。考虑到本自动测试系统有大量的信号仿真、信号检测、数据处理，而且需要有大量的图形界面处理，选择LabVIEW作为软件开发平台。程序框图如图3所示。align=center图3自动测试系统软件程序框图图4自动测试系统主界面/align系统开机后，首先进展测试系统本身的自检，如无异常，进入自动测试系统主界面，如图4所示。用户可以根据需要选择测试方案，测试方案分为以下三种：1整机功能测试。点击主界面上的“整机功能测试按钮进入整机功能测试主界面。当控制系统的所有设备正常连接时，针对控制系统整体的所有功能电源变换功能、信号指示功能、原动机控制功能、遥控和保护功能，仿真模拟被控对象的工作经过，按照程序设置送给控制系统所需的输入信号，检测其输出信号，根据输入矢量和输出矢量之间的关系判断整机功能是否正常。假如功能测试不正常，那么控制系统有故障，将故障定位到分机。2分机功能测试。在“分机功能测试区点击分机名称按钮进入相应分机的测试界面。根据该分机的工作原理和功能，仿真模拟被控对象的工作经过和与其相联络的其它分机的耦合信号，按照程序设置送给该分机所需的输入信号，检测其输出信号，根据输入矢量和输出矢量之间的关系判断该分机功能是否正常。假设不正常，那么该分机有故障，视详细情况可以初步确定该分机的故障性质和故障部位。3故障设备的故障诊断。当通过“整机功能测试或者“分机功能测试判断出某个分机故障时，就要对该分机进展详细的故障诊断。故障诊断时可以采用各种合理、先进的故障诊断方法搜寻故障的原因，尽可能将故障定位到元器件，进步故障诊出率，并尽量减少漏报和误报现象。本系统中采用以故障树分析法为主、模糊神经网络推理为辅的诊断方法。对故障设备故障树的构造，采取理论与理论相结合的方法，即在详细分析其工作原理的根底上，结合大量的人工诊断的经历，构造合理的故障树。故障诊断时，先将故障树构造存入计算机中，然后采取自上而下的方式进展故障搜寻和定位，测试时，工控机根据需要不断向故障设备送出故障鼓励矢量，同时收集关键电子元器件的响应矢量，根据鼓励矢量和响应矢量的关系进展故障定位。当需要辅助推理时，采用模糊神经网络推理方法，最终搜寻到故障的真正原因。当需要人工辅助时，软件会提示用户进展辅助测试，并提示人工辅助的方法。本文详细分析了构建基于虚拟仪器的自动测试系统的各个环节，研究了实现经过中的关键技术。并以LabVIEW为开发环境，开发出了某型潜艇主机遥控系统的自动测试系统，该自动测试系统可以实现遥控系统整机和各分机的性能测试，并可以对故障设备进展详细的故障诊断。实际使用说明，该自动测试系统功能完善、界面直观、操作简便、故障诊出率高。本文作者创新点：1研究了将虚拟仪器技术应用于遥控系统自动测试经过中的关键技术。2通过合理整合软、硬件资源，将上述技术应用于实际，研制出了某型遥控系统整机和各分机的自动测试系统。参考文b/b献1黄智刚.机载无线电设备自动测试系统关键技术研究D.北京:北京航空航天大学,2002.2GuiehuW.VirtualinstrumentsandtheirapplicationinexperimentsJ.Proc.ofICEMI,1997:582-584.3GJB2547-95,装备测试性大纲,1995.4朱大齐.航空电子设备电子设备故障诊断技术研究D.南京:南京航空航天大学,2002.5L.EWang,K.C.Tall,X.D.Jiang,etal.Aflexibleautomatictestsystemforrotating-turbinemachineryJ.IEEETransactionsonAutomationScienceandEngineering,2005,21:1-18.6邹明虎,王志云,高福生等.基于模糊神经网络的雷达印制板智能故障诊断系统研究J.微计算机信息,2004,2012:12-26.7陈光禹,毛继宏,林春勋.当代电子测试技术M.北京:国防工业出版社,2000.8曹玲芝.当代测试技术及虚拟仪器M.北京：北京航空航天大学出版社，2004.