基于NI-DAQ卡的舵机综合测试系统

李研生魏建新常永亮.中国飞行试验研究院航电所；.中国飞行试验研究院测试所



基于NI-DAQ卡的舵机综合测试系统

李研生1魏建新2常永亮2
1.中国飞行试验研究院航电所；2.中国飞行试验研究院测试所

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本文介绍了基于NI公司DAQ卡的舵机综合测试系统的设计方法，在软件开发中较好的给出了舵机部分参数的测试方法和测试流程，并对软件的测试与数据的容错设计作了简要介绍.利用本系统实现舵机的各参数性能全面测试，对开发新产品具有实用价值和理论指导意义。

舵机系统已被广泛应用于飞机及导弹自主飞行过程中的姿态控制。特别在导弹发射离机前，需要对舵机舵面进行零位检查，进而判断舵机系统对于控制系统的控制响应是否及时、正确。在飞机及导弹研制及飞行试验过程中，舵机的工作效能检查是整个试验内容的关键状态点。针对舵机系统开展的关键参数采集、记录及分析变得极为重要。

舵机测试涉及对舵机全机功能、各技术参数、工作程序、各种开关量信号的响应和舵机输出信号的响应进行全面综合检测，其性能指标直接影响飞行的安全，测试精度要求较高。为适应现代武器装备研制所提出的高效率、高精度、智能化的研究理念，本文通过采用NI公司（美国国家仪器公司）的DAQ卡组成的测试系统进行测试，介绍了多参数舵机测试系统的技术特点和实现方案，以硬件设备的功能为立足点，通过对舵机系统性能指标深入了解的基础上，通过软、硬设计，达到了对舵机关键参数测试采集的目的，具有良好的可推广前景。

测试系统硬件设计

该舵机测试系统硬件部分主要包括工控计算机、DAQ卡、供电及信号输入装置。

（1）工控计算机

工控计算机是分析处理数据的中心，对工控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行的。VC6适用于Windows操作系统的各种版本。硬件要求：Inter Pentium Ⅳ或更高的处理器，至少512MB RAM，硬盘需要80GB可用空间，至少三个空余的PCI插槽。

（2）DAQ卡

根据测试稳定性及可靠性的要求，选用了两块成熟的PCI-6024E卡作为数据采集卡，可完成模拟信号采集、滤波及模数转换等功能的实现。采用一块PCI-6509卡，用于PCI总线计算机的工业96通道5V TTL/CMOS数字I/O模块。

（3）供电及信号输入装置

a.直流供电模块：提供控制用直流电压，以及电磁阀线圈电压。

b.信号发生模块：主要是对电磁阀的控制信号及舵机各种信号的产生和放大，配合测试软件使用。

c.信号转接模块：信号发射模块与PCI-6024E卡采集卡间线路连接。

d.I/O连接器： 68- pin SCSI-II 。

舵机测试系统组成如图1所示。

测试系统软件设计

程序结构设计

图1 测试系统组成框图

图2 舵机测试软件主界面

根据测试系统功能设计的要求，测试系统软件组成框图如图3所示。

软件的开发按软件工程规范进行，使开发的风险与错误都在可控范围之内，各类构思和设计首要保证实时性与数据的准确性，在进行各模块划分时对本测试系统全局考虑是关键。

各测试模块按功能划分，每个模块可独立测试也可按需选择测试。

测试系统软件执行阶段

舵机测试系统测试过程分为以下几个主要部分，首先，对测试任务模块进行初始化设置，其次通过软件控制测试板卡进行关键参数模拟量的采集及模数转化，第三对输出的数字量进行记录及实时显示，并完成误差调节，最后，对测试数据结果进行输出，便于后续分析。由上述分析可以看出，测试软件执行可分为四个阶段和一个特定阶段，如图4所示。

根据舵机系统测试任务的需要，依次进行测试卡相应参数及通道设置，随后完成测试模块及数据采集顺序的设置。系统可通过完成不同测试任务的专用测试功能实现多参数综合测试，一次设定在下次设置前一直有效，设置后在下次执行时有效。

初始化主要是按前次的设置进行有效地测试前的系统初始化，包括对信号控制箱的初始化。

图3 测试系统软件组成框图

图4 测试软件的阶段

执行在于对测试定义的实现，完成特定测试任务所要求的数据采集与模拟量的转换工作，根据测试定义的要求，对各测试通道的采集数据进行计算；或者通过信号控制箱或软件设置改变开关量状态，控制实时改变测试通道进行相应的测试。

处理的功能实现在于得到测试所要求的数据结果，如对静态参数测量中，按照各测试通道标定系数，将测试通道所记录的电压值转换为物理量值，进一步按照计算要求进行计算，得到测量的结果。或者是根据对所采集数据生成图形曲线，将测试结果实时显示在主界面。

输出的功能在于打印输出符合试验报告的结果报表。

主要模块的设计

舵机测试系统涉及交直流电压、电流、主（辅）油压、相位、输出信号大小、活塞杆位移、速度等一百多个参数。主要测试模块为：模拟量获取、开关量获取与设置、运行和密封性检查、舵机状态开环极性检查等十几个测试模块。

模拟量获取

对两个PCI-6024E卡的32路模拟输入口的数据进性实时串行采集，每个卡每秒采2000个点实时保存于一个对应的大数组里，保证在一些测试模块中进行相应位移、速度、主（辅）油压、进油压力、主电流等参数计算时的数据需要。

开关量获取与设置

在PCI-6509卡的96路通道中暂时只用了其中16路通道，在软件和信号控制箱中只对相应的16路通道进行设置，通过信号控制箱控制PCI-6509卡的相应通道的输入/输出状态，在软件中通过对输入/输出状态的实时判断对PCI-6509的各通道的采集状态进行控制。

运行和密封性检查

主要检查舵机的运行情况。在检查过程中输出元件应当移动均匀，没有中断、卡住。检查舵机液压部分的密封性，不得滴漏。

检查连续检测三次，已确保运行和密封性检查准确性。

舵机状态开环极性检查

具体工作描述为：舵机工作状态下，加入活门电压，加入控制电流，3端接正，1端接负，舵机向外运动，伸出。2端接正，1端接负，舵机向里运动，缩进。

通过以上的要求对“舵机状态开环极性检查”进行测试，已达到对舵机性能的测试。

测试系统软件的测试

软件测试不单纯是一个发现错误的过程，其中包含对软件开发模型、软件质量和开发商的评价，不完整的测试或者由于其他原因而终止测试，只能对整个项目造成无法估量的损害。本软件测试是贯穿整个软件开发生命周期的，必须对如下内容进行测试：

1.数据的正确性

2.数据安全性

3.数据的完整性

4.系统安全性

5.系统容错性

6.出错控制

7.功能完整性

从模块测试到最后的集成测试都严格按软件测试标准执行，最后，又经第三方和用户的大量应用测试，最终使软件满足了用户的需求。

数据的容错设计

实际测试中，通过对采集到的信号进行分析后发现，控制信号波形良好，有的信号中则存在一定的干扰，因此对采集数据进行必要的容错设计，在对数据采集方面要对前三秒数据进行丢去处理，已达到所采值准确性。在对各模块中进行测试时，各种状态至少测试三遍，状态间切换时至少要有一秒的等待，以确保下个测试状态的最佳。

结语

使用NI公司的DAQ卡组成舵机综合测试系统，改变了以往主要人工舵机测试方法，信号控制箱面板简洁明，人机交互性强。在前面板上进行操作，避免误操作造成的物理损坏。该测试系统已通过验收，性能符合要求。

本系统可对四台舵机一百多参数进行测试和显示，还可存储及打印结果。

本系统在采用成熟硬件设备的基础上，优化软件设计流程，引入通用化，集成化的设计理念，既保证了测试精度、稳定性和可靠性，又可针对不同型号的舵机产品进行测试方案及参数的整合，极大的节约了产品的研发成本及研制周期，适应现代化装备研制过程中提出的测试需求，具有较好的通用性及可推广性。

10.3969/j.issn.101- 8972.2016.12.029