基于LabVIEW的舵机测试系统设计.docx

基于LabVIEW的舵机测试系统设计ronggang导语：针对某型号导弹舵机，使用内置数据收集卡的计算机和LabVIEW编程语言建立了一套舵机测试系统摘要：针对某型号导弹舵机，使用内置数据收集卡的计算机和LabVIEW编程语言建立了一套舵机测试系统。该系统可以实现控制信号的产生、多通道连续数据收集、波形实时显示和回放等功能。文中详细介绍了系统的硬件组成、软件设计、功能模块的详细实现。理论结果说明，该系统工作良好，性能稳定，到达了设计要求。关键词：舵机;LabVIEW;数据收集;测试系统Abstract:Accordingtothemissileactuator,ameasurementsystemhasbeenbuiltbasedontheprogramminglanguageLabVIEWandonecomputerwithaDAQcardin.Thesignalscontrollingtheactuatoraregeneratedinthissystemandotherfunctionssuchaslongtime,highaccuracydataacquisitionandstorageoninputchannels,real-timedisplayingorreviewingofsignalwaveformsandetc.,canberealized.Inthispaper,Hardwarecompositions,softwaredevelopmentaswellastherealizationoffunctionmodulesarediscussedindetail.Practicesprovethissystemworkswellwithstableperformance,andmeettherequirementsofdesign.Keywords:Actuator，LabVIEW，DataAcquisition，MeasurementSystem舵机是飞行器进展姿态控制的执行部件，直接影响着导弹的最终打击效果，对其性能指标进展严格的测试具有重要的意义，传统的测试手段所需仪器繁多而复杂。利用虚拟仪器技术构建的测试系统，配以必要的传感器、数据收集卡等硬件就能知足实际测试分析的需要。虚拟仪器是当代计算机软件技术、通信技术和测量技术高速开展孕育出的一项革命性的技术，其核心就是用软件来实现硬件的功能。基于G语言的图形化编程环境LabVIEW是美国NI公司的创新软件产品，它是一种功能强大的虚拟仪器开发平台，同时也是目前应用最广、开展最快、功能最强的图形化软件集成开发环境。本文所设计的舵机测试系统就是基于LabVIEW的虚拟仪器。该测试系统界面友好，功能完备、可靠性高、可维护性强等优点。2测试系统硬件设计该舵机测试系统由系统硬件和测试软件两大局部组成。其中系统硬件局部主要包括计算机、数据收集卡、信号控制台、传感器;软件用LabVIEW进展编写。舵机测试系统组成如图1所示。1计算机计算机是分析处理数据的中心，对计算机的选择主要是根据应用软件对计算机系统配置要求进展的。LabVIEW适用于包括Windows2000/9X/NT和Macintosh操作系统的各种版本。硬件要求：InterPentiumIII或者更高的处理器，至少16MBRAM，完全安装至少需要220MB硬盘可用空间。2数据收集卡根据测试要求，同时考虑与软件的配合，选用了NI公司多功能DAQ卡中的E系列产品PCI-6024E。用来完成对信号数据的收集、放大及A/D转换任务。3信号控制台a、电源局部：提供515V可调直流电压，和电磁阀线圈所需的±12V电压和舵机点火所需的+24V电压。b、信号发生与调理局部：主要是对电磁阀的控制信号及舵机点火信号的产生和放大，配合测试软件使用。c、接线端口板：用来连接信号调理电路与数据收集卡的68针引脚。align=center图1测系统组成框图/align3测试系统软件设计3.1程序流程设计根据测试系统功能设计的要求，软件的总体构造流程图如图2所示。程序流程为：从主界面选择进入点火或者外供气情况进展测试，或进入文件读取界面调出历史数据重新进展波形分析和数据分析。在点火情况下，首先输入产品编号等相关试验信息，然后进展控制信号的幅值调整，为了检验系统是否正常，应先发出一段波形进展校验，确认系统正常后，开场点火测试。测试完毕后，保存数据文件并选择进入波形分析或者数据分析。外供气情况根本一致，故不再画出。align=center图2测试系统软件组成/align3.2数据收集模块的设计数据收集提供了整个测试系统得数据;，是虚拟仪器的根本组成局部。数据收集模块主要是实现被测信号的拾取及对各种参数的控制，比方对数据收集通道、输入信号范围、信号输入方式、采样率、采样方式和读取率的设置等。收集到数据后，首先对波形进展调理，然后将信号送到控件WaveformChart上进展实时显示，同时按临时途径存盘。图3为点火信号收集模块流程图，其中，调用了LabVIEW中DataAcquisition功能模块下AnalogInput中的AIConfig.vi、AIStart.vi等子函数。align=center图3点火信号收集模块流程图/align3.3控制信号产生模块设计根据系统要求，对舵机四个电磁阀的控制信号和点燃电爆管所需的点火信号有测试系统产生。根据合理利用PCI-6024E硬件情况，并尽可能地利用软件来实现的原那么，使用6024E定时/计数器产生的高精度脉冲序列来生成控制信号。对应点火情况下信号产生程序框图如图4。程序中定时/计数器口和DIO口进展了设置。align=center图4控制信号产生程序框图/align3.4收集信号存储模块设计1收集数据的保存格式：本测试系统采用波形数据文件的格式来保存收集到的数据。此种格式包含了波形数据特有的一些信息，如采样起始时间、采样间隔等。采样用WriteWaveformtoFile.vi高层文件操作函数可以很容易的对收集的波形数据进展保存，并可以使用GetWaveformComponents分解出其中的起始时间、采样间隔和幅值大小等信息量。按照采样时的设定，点火情况下收集120秒生成文件大小约为110MB。2收集数据的保存途径：先给出一个默认的保存途径，等测试完毕后，再由操作者自行决定将文件保存到哪里，这时将已经保存好的波形文件转移至指定途径即可。这样可以让使用者根据收集情况，再决定是否保存，更加灵敏。3.5信号波形处理、打印模块设计1波形处理：在进展测试时，使用WaveformChart来实时显示各通道波形，当测试完毕后，还需要对任一通道任一时间段的波形进展回放，任意选择几路通道进展比照，波形的放大缩小，便于进展分析和比照。2波形打印：LabVIEW固然在数据收集和仪器控制方面功能强大，但生成测试报表的才能却不尽人意。针对此问题，NI提供了ReportGenerationTools工具包来弥补LabVIEW在生成报表上的缺陷。该工具包在原有的ReportGeneration模板中增加了一些新的控件，可以非常方便的将LabVIEW与word、excel直接联络起来，快捷便捷地生成报告。最终的打印波形如图5所示。align=center图5打印测试波形图/align4干扰信号滤波方法实际测试中，通过对收集到的信号进展分析后发现，由系统产生的控制信号波形良好，而传感器信号中那么存在一定的干扰，为了防止干扰对数据分析产生影响，需对波形进展一定的处理。硬件上可以在传感器的输入和地之间接一个小电容滤除高频噪声，经检验效果良好。软件上那么可以使用LabVIEW提供的滤波器对传感器信号进展数字滤波。由于对方波信号进展滤波必然会使波形发生一定的改变，因此滤波的目的是衰减干扰信号幅值，同时对正常的方波信号造成较小影响。这里选择了一阶Butterworth低通滤波器，之所以选择一阶，因为阶数越高，过渡带就越陡，而需要的方波信号中同样包含高频分量，因此阶数越高，方波的变形就越大，同时也会造成相位挪动，这对于要进展延迟时间的获取是不利的。试验证明，使用高阶滤波器，将会使正常的方波波形产生失真，在上升和下降沿处出现尖峰。5完毕语使用LabVIEW虚拟仪器图形编程语言组建的舵机测试系统，利用“软件就是仪器的技术方法，减少了测试中的硬件设备，改变了以往测试仪器的操作方式，仪器面板简洁明了，人机交互性强。在前面板上进展操作，防止误操作造成的物理损坏。这讲明使用LabVIEW开发出的虚拟仪器大大进步了测试效率和使用的经济效益。该测试系统已通过验收，性能符合要求。本文作者创新点：采用虚拟仪器领域中最具有代表性的图形化语言LabVIEW作为开发平台，其人机界面友好，功能强大;开发效率高、可维护性强;测试精度、稳定性和可靠性能得到充分保证;具有很高的性能价格比，节省投资，合适测控领域的计算机编程。该系统编制的测试软件实现信号的产生、收集、波形的显示、回放、数据的存储、打印、分析和实用友好的用户界面等功能。总的讲来，本测试系统具有以下特点：操作简便、功能完备、可靠性高、通用性强、本钱低廉。参考文献：1周伟林.基于LabVIEW的AC1077数据收集卡的驱动J.微计算机信息,2006,22-1:121-122.2孟秀云.导弹制导与控制系统原理M.北京理工大学出版社,2002.3樊强,徐运涛.虚拟仪器测试系统简介J.军事通信技术，2001,9-1:16-19.4汪淑兰.导弹气动舵机系统的建模与仿真J.计算机仿真,1994,1:23-24.5美RobertH.Bishop乔瑞萍译.LabVIEW6i实用教程M.北京：电子工业出版社,2003.6NationalInstrumentsCorporation.LabVIEWNI6023E/6024E/6025EFamilySpecifications,March2004Edition.7陈敏，汤晓安.虚拟仪器软件LabVIEW与数据收集J.小型微计算机系统,2001,4:501-503.