冗余伺服机构自动化测试系统

摘要：本文针对伺服机构产品类型多、测试状态多、测试环境复杂的特点，设计了一套易扩展、易使用、易维护的自动化测试系统。系统硬件包括数据采集控制模块、信号调理模块、功率放大模块和电源调理模块，系统软件基于LabVIEW的虚拟仪器技术，利用动态调用子面板技术进行开发设计，并结合报表插件和数据库插件实现测试参数保存和测试报表制作。同时软件自动保存所有测试数据，便于事后数据回放及溯源。测试系统在冗余和非冗余伺服机构的流水线测试及交付中应用，并取得良好结果。

引言

伺服机构是航天运载火箭控制系统推力矢量控制执行机构，属于控制系统重要单机，接收箭载计算机位置指令信号，然后通过电液功率转换实时推摆发动机喷管，实现火箭飞行姿态控制。

伺服机构自动化测试系统(以下简称测试系统)借助于计算机、通信和电子电路技术，对用于不同型号火箭的各类伺服机构进行自动化性能测试，并将实时测试参数实施监测和存储，对测试性能参数进行自动判读，提高性能测试质量，确保被测伺服机构产品工作可靠性^[1]。

1 测试系统分析设计

测试系统由三部分组成，测试电缆、测试设备、测试软件。其中，测试电缆采用机箱内部、机箱与机箱之间采用的测试电缆为锦纶套管电缆，该电缆比较轻便;测试系统与伺服机构连接的电缆为耐磨、耐腐蚀的塑料套管电缆。测试设备由启动机箱、测控机箱、打印机、显示器及鼠标键盘组成。测试软件采用LabVIEW软件平台设计，软件框架采用动态调用子面板技术。各个测试模块采用软件平台自带的生产者消费者框架技术^[2]。

1.1 测试系统硬件设计

为了保证整套系统的协调性和美观性，测试系统启动机箱与测控机箱的尺寸、颜色完全一致。启动机箱控制给产品供电的DC电源和中频电源的通断。机箱内使用数字电压表头检测电压，利用测控机箱内的电源信号调理模块和多功能数据采集卡的AD进行数据采样存储。同时机箱还对供电电源的过压和过流进行监测和保护控制。

测控机箱通过遥测电缆对伺服机构I、II、双向(I、II冗余)的相应信号进行监测、处理并通过控制电缆完成对伺服机构的控制驱动。内部含有四个功率放大模块、两个信号转换模块、电源处理模块、三块多功能数据采集卡(含有AD/DA DIO功能，型号分别为6232、6230、6232)，此外还安装了PXI零槽控制器。测控机箱组成框图如图1所示。

测试系统不仅满足非冗余伺服机构在空载、大泵负载、负载状态下的测试需求，而且还要满足冗余伺服机构在空载、大泵负载、负载状态下的测试需求。在冗余伺服机构测试状态下，产品需进行一冗余、二冗余的故障测试及三冗余的性能测试，冗余控制框图如图2所示。四块功率放大输出卡为多功能卡6232的DO输出调理电路，通过对继电器开合控制，从而对伺服机构余度状态下的性能进行检测，实现模拟故障状态下测试功能：

功率放大输出卡：主要用于伺服机构反馈电位器的电源供电及伺服阀线圈的电流供电，并拥有闭环和开环两种功能。由于负载为感性负载，功放电路具有较大余量的电压和电流，并增加相应的过载保护：

电源信号调理卡：主要用于对供电DC电源和中频电源的电流进行信号转换，并进行过压、欠压、过流保护，由于DC电源和中频电源在启动机箱中已经经过霍尔传感器的转换，信号已经为电压信号，故该卡主要完成电压信号放大。

信号调理卡1：主要用于为伺服机构充气压力传感器、油面电位器、入口压力传感器遥控电压提供精准的参考电压源。电压源电压可调且有一定功率，该板卡中采用电源管理芯片完成信号调理。

信号调理卡2：主要用于为充气压力传感器、油面电位器、入口压力传感器的遥测电压信号进行调理，以满足多功能卡6232 1 AD采样电路接口的要求。同时完成对各级伺服机构控制信号、采集信号的切换。

1.2 测试系统软件设计

软件安装的驱动及插件模块有： DAQmx 9.4、Report generation toolkit、Database connectivity toolkit。

软件主要实现了对各种伺服机构在空载、负载、大泵空载状态下的自动化测试，测试项目包括：建压时间、极性测试、零漂、开环速度、位置回环、动态、磨合寿命、反馈电压、监测、笔录仪、连续测试等测试项目^[3]。测试完成后，软件自动生成Word报表和Excel报表，设置软件文件保护密码。报表名字和保存路径由操作人员指定。测试报告完整保存测试数据和计算参数，报表保存过程中，自动完成对相应测试数据的自动判读，并把超差数据自动标红。软件在测试过程中实时存储了测试数据，数据文件的格式为TDMS格式，操作人员可在笔录仪模块中回放历史数据，查看产品的性能表现情况。软件设计框图如图3所示。