基于LabVIEW&DIAdem的飞机电源测试系统

张广明，郑先成，张晓斌

(西北工业大学 自动化学院，西安　710129)



基于LabVIEW&DIAdem的飞机电源测试系统

张广明，郑先成，张晓斌

(西北工业大学 自动化学院，西安710129)

试验环节是产品研制生命周期中的重要环节，但是一直以来都缺乏有效的管理手段，在整个测试阶段都存在大量的人为的、重复性的工作，导致试验效率低下，为改善这一现状，提高试验效率，提出了一种基于PXIe数据采集系统，借助LabVIEW和DIAdem软件的测试系统解决方案：以LabVIEW控制数据高速同步采集，DIAdem调用LabVIEW模块执行算法分析，通过软件集成，实现对测试系统的全面管理，包括数据采集、数据检索、数据分析、报表生成及整个流程的自动化控制；以C919飞机电源测试系统为介绍对象，对该套测试系统解决方案进行阐述，实际测试情况表明，在数据吞吐率大于200 M/s的情况下，相对传统测试方法，该测试方案在保证测试精度的基础上,极大的提高了试验效率,极大的提高了系统的可扩展性和可维护性。

飞机电源测试;同步采集；软件集成；自动

0　引言

飞机电源系统是飞机机载设备的重要组成部分。飞机电源系统试验数据管理的最大挑战来自于海量试验数据的分类检索、复杂的算法分析、重复性的操作以及专业报表的生成等[1]。如果没有一套有效的测试系统解决方案，将会导致试验管理人员效率低下，无法对问题的根源进行追溯。因此有必要设计合理有效的测试方案对飞机电源系统测试进行科学的管理。基于计算机集成制造的理念，采用虚拟仪器技术，论文提出了一种高效的试验数据管理方案，并以飞机电源测试系统为介绍对象，阐述测试系统的总体设计，并对同步采集、软件集成、自动化等关键技术做详尽的阐述。

1　系统总体设计

飞机电源测试系统的数据量最大可能达350 MB/s，为满足高速数据吞吐率的要求，本系统选用美国NI公司的PXI express测试总线平台，测试系统的数据管理工作通过LabVIEW和DIAdem软件实现。

测试系统的硬件原理框图如图1所示，该测试系统由信号调理器与传感器、PXIe数据采集系统(包括PXIe机箱、嵌入式控制器、存储控制器、数据采集模块以及时钟同步卡等)。选择PXIe-8133作为控制器，机箱采用18槽3UPXIe-1075,数据采集模块为PXIe-6368及相关信号调理模块，通过PXI-6672时钟卡实现多机箱时钟同步，数据存储选择HDD-8264存储器。通过以太网交换机实现试验资源共享。

图1　飞机电源测试系统硬件原理框图

测试系统通过LabVIEW和DIAdem软件实现对试验数据的管理。图2所示为测试系统软件架构，LabVIEW完成数据高速同步采集，实时显示和存储；DIAdem调用LabVIEW分析功能模块，实现软件集成，并结合自身的基础数据管理功能，实现数据检索、数据分析、报表生成的自动化。

图2　飞机电源测试系统软件架构

2　关键技术实现

基于系统总体设计，分别阐述同步采集技术、软件集成以及自动化等关键技术的实现原理。

2.1同步采集

数据采集是产品试验必不可少的环节，不同产品不同环节的测试对数据采集提出了差异化的要求，因此要求数据采集软件可以根据实际需求自主构建和维护。借助LabVIEW软件，结合PXIe数据采集系统，可以实现复杂的数据采集任务。GJB181A对测试通道以及测试数据的空间和时间性提出了严格的要求。测试系统包含数套PXIe数据采集系统，为保证测试点严格同步，需要保证每个PXI机箱、PXI机箱内部以及板卡内部通道之间的同步，因此开发了机箱同步采集软件，图3所示为主从同步触发原理图，在同一同步时钟基础上，当触发外部异步触发信号(给主同步)给主同步装置时主同步装置不会立即产生采样时钟，而是通过同步路由会在当前同步时钟脉冲的下降沿，产生一个长度为一个同步时钟周期的同步触发信号(主同步发出)并发送给主从同步触发装置。在同一个同步参考时钟下，从同步触发装置只能在下一个同步时钟脉冲周期内接收到同步触发信号(从同步装置接收)，而主同步装置也会在下一个同步时钟脉冲开始工作，这就使得主从同步装置接收到的触发信号在时间上是无差别的。

图3　主从同步触发原理图

图4　机箱同步流程及实际采集图像对比

图4所示为机箱同步流程及实际主从机箱采集数据对比图，通过时钟模块将主同步卡时钟路由到从同步卡，这样机箱便有相同的时钟，利用触发源模块让供电特性测试机箱上的主同步卡发出一个数字信号，通过同步触发连接模块路由到从同步卡，通过机箱背板星形触发总线将信号传给采集卡开始同步采集。由实际采集数据放大0点观察并计算得出，2 M/s采样率下主从机箱误差在40 ns，从机箱间误差在3 ns左右，同一板卡不同通道间误差在1 ns左右，完全满足GJB181A的要求。

2.2软件集成

GJB181A定义了对飞机供电特性和对用电设备的要求，完整的飞机电源试验数据分析功能包括直流稳态、直流瞬态、交流稳态和交流瞬态分析，DIAdem的编程环境为VB脚本语言，完成全部GJB181A分析功能，模块化编程，保守估计代码量>3 000行，开发周期长，可靠性难以保证，而在LabVIEW图形化编程环境中借助丰富函数及相关模块工具包实现复杂的参数分析任务，开发周期短，可靠性和分析精度都相对要高，因此测试系统解决方案选择在LabVIEW中实现数据分析功能，图5所示为飞机电源测试系统数据分析功能模块框图，数据分析功能模块由交流电源测试数据分析模块以及直流电源测试数据分析模块组成。

图5　飞机电源测试系统数据分析功能模块框图

为实现数据检索、数据分析和报表生成等数据管理功能的的自动化，需要在DIAdem中调用LabVIEW分析功能模块，这里用到COM组件技术。DIAdem中调用LabVIEW分析模块过程如图6所示,首先需要将LabVIEW分析模块VI封装成动态链接库(DLL)文件，软件集成要求DLL文件符合COM标准，然而LabVIEW并不支持直接生成COM组件，因此需要对生成的DLL的输入输出变量以及函数进行COM注册。COM注册有多种方式，本文选择的注册环境为VS2008(.NET3.5)，编程语言选择C#[4]。值得说明的是，DIAdem的VB脚本环境读取的通道波形数据不是严格的double类型(double是LabVIEW分析模块的输入数据类型)，因此选择在VS2008中再次封装DLL(已进行COM注册)，强制将DIAdem波形数据类型转换为C#元数据类型object，又由于LabVIEW生成的.NET互操作程序集提供的接口定义为标准的double类型，因此需要在C#中再进行一次强制转换重新变为double类型，以符合.NET互操作程序集的接口要求。

图6　DIAdem调用LabVIEW分析模块流程

2.3自动化控制

DIAdem通过VBS调用自身数据管理功能和外部程序实现数据检索、数据分析、报表生成等数据管理流程的自动化，简化了试验流程。图7所示为VBS数据管理流程，选择分析时间段、通道、分析参数以及报表模板，在满足分析参数对通道数量和时间长度的要求下，“一键”批量生成报表。

3　实验成果

测试系统包括3个机箱，每机箱配置磁盘阵列、嵌入式控制器、信号调理箱各一个；图8所示为实际数据管理界面以及某次单相稳态测试报表。

4　结论

基于PXIe数据采集平台，采用LabVIEW和DIAdem进行测试管理的测试系统解决方案实现了对飞机电源试验数据的自动化管理，通过时钟同步技术解决了多机箱多通道高度同步采集的问题，通过COM组件技术和流程管理解决了软件集成的问题，实现了数据检索、数据分析、报表生成等数据管理功能的一体化和自动化。从实验室和现场实际测试效果来看，该数据管理方案很大程度上提高了试验效率，减轻了试验人员的压力，且具备较高的可维护性和可扩展性。

图7　VBS数据管理流程

图8　数据管理界面及某次实验生成报表

[1] 试验数据所面临的问题与挑战[EB/OL].http://www.hikeytech.com.

[2] Newtera试验数据管理解决方案[EB/OL]http://www.newtera.com/data-management.shtml.

[3] 梁青阳,董恩生,董永贵,等. 基于虚拟仪器的飞机电源综合测试系统的研究[J]. 仪器仪表学报,2007,28(12): 2202-2205.

[4] 李杰,林财兴,谢甘第. 基于.NET 平台的试飞试验数据管理系统的设计与实现[J]. 机电一体化,2006(3): 003.

Aircraft Electric Power Source Test System Based on LabVIEW and DIAdem

Zhang Guangming,Zheng Xiancheng,Zhang Xiaobin

(College of Automation,Northwestern Polytechnical University,Xi′an710129,China)

The Test process is an important link in the product development cycle,however,there has been the lack of effective management，throughout the testing phase，there exists a lot of artificial,repetitive work which lead to low test efficiency.For the purpose of improve efficiency,an advanced test solution is put forward based on PXIe data acquisition system by hardware,LabVIEW and DIAdem by software:LabVIEW takes control of high speed synchronous data acquisition;DIAdem calls the data analysis function compiled by LabVIEW to accomplish the integration of data acquisition、data playback、data analysis、report generation and the automation of links above.In this paper,the C919 power supply test system is introduced to describe the solution,the test results show that,in the case data throughput is greater than 200M/s,this solution improves test efficiency、system scalability、system maintainability greatly,while accuracy is guaranteed.

aircraft electric power source test; synchronous data acquisition; software integration;automation

1671-4598(2016)04-0016-03DOI：10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.04.005

TP274

A

2015-02-26；

2015-04-20。

张广明(1989-)，男，江苏连云港人，硕士研究生，主要从事电气测试方向的研究。

郑先成(1977-)，男，河南信阳人，副教授，主要从事虚拟仪器与分布式测试技术，嵌入式实时系统设计的研究。