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  • 結構和疲勞測試

使用LabVIEW和PXI平臺開發飛行器結構測試的監測控制系統

 

"使用NI 公司的LabVIEW實時模塊和PXI系統,我們在幾周內(而不是幾個月),高效地開發出了新型測試終端,"
- L Cambiaso, SITEM 
挑戰:
為健壯的控制系統編寫易于使用的程序,用于對機身或其它部件(機翼或舵)進行結構和疲勞測試。
解決方案:
使用PXI和LabVIEW實時模塊,創建基于實時技術的數據采集和控制系統。
作者:
L Cambiaso - SITEM

 

多功能系統
西班牙比亞喬航空公司是執行飛行器設計和制造行業中的領導者,我們為該公司開發了應用程序,用于對執行飛行器進行監視和測試。
我們將軟件程序分為兩個部分。一部分在PXI 系統上運行,與現場測試車間的儀器接口。另一部分作為管理單元,在標準的PC 機上運行。我們使用了以太網來連接PC 機和PXI 系統。程序可以處理高達:
● 128 路的模擬輸入通道
● 24 路的模擬輸出通道
● 112 路的數字輸入通道
● 40 路的數字輸出通道
● 2000 路從儀器引出的GPIB 通道
而且,程序可以進行兩種不同的測試:
● 靜態測試或“手工模式”。
● 疲勞測試或“自動模式”,它是一種動態測試。
不僅如此,我們還開發了第三種工作模式。這種工作模式幫助操作者在啟動階段或特殊情況下對整個系統進行檢查。
實際上,用戶使用這種模式可以獨立于任何的邏輯控制環激活每個執行器,在特定點上驗證部件的行為,或者驗證系統每個部分的功能正常,如對飛行器機艙進行加壓等。

 

硬件構架
使用NI 公司的LabVIEW 實時模塊和PXI 系統,我們在幾周內(而不是幾個月),高效地開發出了新型測試終端。
網與基于實時PXI 的數據采集和控制系統相連。然后,PXI 通過GPIB 與第三方的數據采集部件相連。系統包含了臺式PC(操作系統為NT 4.0 工作站版)機,通過以太網與基于實時PXI 的數據采集和控制系統相連。然后,PXI 通過GPIB 與第三方的數據采集部件相連。
PXI 系統包含了一個PXI-1000 機柜,內裝實時PXI-8156B 控制器、兩個通用PXI-6071 DAQ電路板、三個數據生成PXI-6713電路板,最后還有兩個PXI-6508數字電路板。PXI 系統與伺服控制系統(模擬CYBER PID 單元)及油氣執行器間的信號連接,都是使用DIN有軌終端模塊完成的。

 

軟件構架
軟件程序包含兩個不同的部分。第一部分是運行在PXI 控制單元處理器上的數據采集和控制程序,第二部分是運行在PC 機上的管理和用戶界面程序,兩部分程序間會交換數據和命令。


 

改進的數據交換
為了改進控制單元與管理單元間的數據交換,我們利用VI 引用技術,開發了專用的VI 庫。同時,為了防止系統和操作損壞,我們添加了“看門狗”機制——一旦任何通信發生故障,將會響起警報。
在開始階段,我們使用管理軟件可以加載或編輯.ini配置文件來描述測試。.ini文件可以超過20000行,對于從電路板和GPIB儀器進行數據采集至關重要。 而且,它們對于生成執行器激勵信號是很重要的。
另外兩種文件定義了使用在動態疲勞測試中使用的負載矩陣和相關矩陣。這些文件描述了模擬輸入和輸出、數字輸入和輸出,以及從GPIB 儀器進行讀取的通道。負載矩陣定義了所有可能的負載值。
24個模擬輸出對應于24個執行器,相關矩陣描述了模擬輸出通道、激勵千斤頂的伺服控制、帶反饋信號的采集通道的電氣和機械關系。在加載了正確的配置文件后,操作者可以啟動靜態測試或疲勞測試,也可以檢查系統。

 

靜態測試管理
在靜態測試過程中,操作者必須在現場工作。操作者必須首先運行兩個重要的步驟,即進行系統校準及在施加負載前移除空負載。這些步驟使得系統處于最優化的初始狀態。然后,操作者手工地按照直線路徑,逐步將系統從預設的負載百分比調節到另外的百分比。
在程序的GUI 中,我們可以調節ad hoc 控制條或是使用可變電阻電位器,然后使用模擬輸入通道進行采集實現。電位器是非常有用的設備,因為操作者可以用它持續緩慢地改變負載百分比。我們開發了特殊的程序來避免電位器的突然移動。
從反饋伺服控制信號讀取到的負載百分比,以及從模擬輸入GPIB通道讀取到的值被顯示到視頻上。我們開發了重要的跟蹤程序,這樣在系統載荷時,參數從一個值變到另一個值,并且軟件識別伺服控制發出的跟蹤警報。當伺服控制沒有達到需要的載荷值時,這些警報會響起。所以,在跟蹤警報發出時,軟件通過執行跟蹤程序進行響應,它將提高或降低激勵和頻率的產生,直到警報停止。
數據生成函數,可以管理高達24 路的模擬輸出通道,從配置文件讀取電壓值,直接將它們寫入到DAC FIFO 中,并且根據指定的頻率生成信號。生成的頻率對于所有的DAC 都是相同的,會根據跟蹤警報發生與否而改變。跟蹤警報被顯示在合適的窗口內。
如果被稱為錯誤警報的主要警報發生,那么測試將自動停止。錯誤警報和跟蹤警報都是數字輸入,并且由軟件(活躍/ 跟蹤/ 錯誤等等)使用.ini 和GUI 進行定義。

 

疲勞測試管理
疲勞測試序列可以在沒有操作員監督的情況下運行。像在靜態測試中那樣,加載了配置文件,進行系統校準和移零操作后,系統可以使用反函數來對DAC 轉換器進行編程,來獲得進行飛行模擬的激勵曲線。
激勵曲線是對預先固定的點進行正弦插值獲得的。程序可以在相鄰的兩點間使用正弦波插入100 個點。如果沒有警報發生,從一個點到另一個點的切換需要3 秒。同時,在這個測試中,下面的程序用于處理伺服控制發出的跟蹤警報。
加載參數被存儲在ASCII 文件中,以逐點方式描述最后的加載情況(已經過100 點插值),在相同的文件中使用特殊命令,我們可以進行很多操作,諸如測試中的“暫?!?、“進行完整數據采集”、更新“模擬飛行或飛行時間”的次數、打開和關閉壓力閥門、自動加載另外的測試文件等等。
在視頻參數中,顯示器會顯示諸如生成頻率、已完成的模擬飛行的次數、完成測試的百分比等測試狀態。在發生錯誤警報時,自動會自動中斷。管理程序會生成日志文件來對事件進行追蹤。


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