基于LabVIEW的航天执行器的软硬件测试方案

The Challenge:

开发基于PC机的寿命测试系统来替换传统的基于人工的系统，用于航天执行器的寿命测试。

The Solution:

借助于NI LabVIEW软件，使用PCI数据采集硬件进行寿命仿真，使用NI CompactRIO硬件用于传感器输入，我们制造出全自动化的寿命测试系统。

利用基于LabVIEW的解决方案，我们的客户可以比以往更全面地对执行器进行测试。同时，它还可以在短得多的时间内提供对执行器的特性和性能的更好分析。

　　系统综述

为了测试新型的电子执行器，我们决定对原来的人工流程进行自动化。通过这种自动化，工程师们可以定位执行器中的故障进而确定潜在的故障点。以前，驱动执行器的占空比是由波形发生器生成的简单正弦波。在执行器的工作范围内，通过改变幅度来将执行器激励到各种级别。测试需要不断重复这个过程直到设备最后出现故障。这通常会花费数月的时间。

我们既需要从执行器内部的传感器测量数据(如电机温度的测量)，又需要在外部测量负载、振动及执行器对占空比的响应。

　　硬件

我们利用LabVIEW 开发出了新型的自动化系统。硬件包括高速的NI M系列PCI数据采集板来提供占空比波形，并进行高速的测量采集。为了确定执行器的磁滞特性，我们使用数据采集电路板上的两个模拟输入，对波形输出和外部 LVDT的响应输出同时进行监测。波形被画到主屏幕上的XY坐标曲线上，为我们提供了磁滞性能的视觉化显示。我们还使用NI SCC-68 连接器单元中的SCC 模块对执行器的电源进行了监测。

利用执行器上的加速器，我们可以对NI 9233 C 系列模块(安装在NI CompactDAQ 机箱内)采集到的电机振动进行分析。振动测量是分析的一部分，可以帮助我们预测测试结束前的故障情况。我们需要一个带有充电放大器的负载电源来测量执行器的负载情况，而执行器则通过弹簧被连接到试验台上的固定安装点上。

执行器内部安装了热电偶来监测设备内部的温度，同时使用NI 9211 C 系列模块来测量环境温度。

　　软件

使用LabVIEW 的关键优势在于可以创建一系列的占空比来真实地表示执行器实际的操作。我们开发了一套复杂的占空比方波信号，而没有只使用简单的正弦波。我们将这一组不同占空比的方波信号循环播放。每种占空比将执行器激励到不同的伸长级别，其中还包含了使执行器达到完全伸长的占空比，来测试执行器实际的极限。

软件GUI 还为操作者提供了以趋势图和数字显示的方式来查看所有测量数据的功能。所有的测量数据以一分钟为间隔保存到文件中，以备后续分析用。我们可以在一些重要的输入上放置一个阈值，用以判定设备是否正常运行，这些输入包括振动通道，电源的电流输出和设备的内部温度。如果这些通道中的任意一个超过预设的限定，那么系统将开始在10分钟内以10秒为间隔记录数据。如果在此期间，输入超过第二个级别，那么系统将自动切断执行器的电源，然后关机。在关机的过程中，数据采集系统将以全速记录数据并且保存到磁盘上，以备在对故障进行后续分析时进行进一步的研究。

一些执行器还被安排研究一些潜在的问题，如传动装置的摩擦及传动装置中齿轮的丢失等，来检查这些问题对长期性能的影响。

结论

利用基于LabVIEW 的解决方案，我们的客户可以比以往更全面地对执行器进行测试。同时，它还可以在短得多的时间内提供对执行器的特性和性能的更好分析。