基于虚拟仪器的舵机控制器自动化测试系统设计

雷鸣

摘 要：根据某型导弹舵机控制器组件及其分部件测试要求，设计了基于虚拟仪器技术的自动化测试系统。硬件部分由工控机、电源、测量仪器和调理电路组成，工控机用来完成数据的采集和分析，并通过GPIB接口实现测量仪器的控制；电源为被测产品提供工作所需环境；测量仪器用于采集被测产品的参数；调理电路则为被测产品提供工作所需信号。测试软件采用LabVIEW软件开发平台实现，具有成熟的开发流程和高可靠性。

关键词：舵机控制器；自动化测试系统；高可靠性；虚拟仪器

1 引言

虚拟仪器技术是仪器技术与计算机技术深层次结合的产物。它将传统测试系统中由硬件实现的数据分析处理与现实功能，改由计算机来实现，通过配置以获取调理信号为主要目的的I/O接口设备，以及实现不同测量功能的软件对采集获得的信号数据进行分析处理、实时显示、记录成文档。[1]

控制器是某型导弹舵机的重要组成部分。通过测试，可以暴露出舵机控制器及其分部件的缺陷，及早发现排除问题，已完成性能验证、故障定位、调试生产、质量控制和交付验收等。[2]本文针对舵机控制器的静态和性能特性测试指标，基于Labview虚拟仪器技术，设计出具有扩展性和高可靠性的自动化测试系统，解决了系统开发时间长，测试效率低，测试数据不易管理等问题。

2 测试系统的硬件构成

舵机控制器常温测试设备主要由供电单元、信号调理单元与采集单元、信号发生与通讯单元、静态参数测试单元、舵机电池电压判断电路测试单元、解锁电路及解锁判断电路测试单元、测控计算机系统以及分时测控单元等部分组成。系统框图见图1。

图1 系统结构框图

2.1 测控计算机系统

该单元包括PXI控制器、多功能采集卡、通讯接口卡和PXI机箱。测控单元具有连接光纤网络的软硬件接口，具备接收MES系统下达的测试指令，能够上传设备状态、测试数据；带有显示设备状态的ANDON系统，具备与温箱协同工作的能力；能够对测试设备是通用仪器及各组成部分进行控制和管理，采集测试数据，具备数据分析、报表生成、数据记录存储上传等功能。

2.2 信号发生与通讯单元

该单元包括主机、通讯接口单元，实现RS422通讯功能，输出控制控制器测试所需要的控制信号、上电自检、电池激活和舵机解锁等指令。

2.3 信号调理与数据采集单元

该单元采用高速多功能数据采集单元和信号调理电路完成对需要监测、记录的电压信息量进行测试，并完成对4路PWM信号和4路方向信号的测试。根据位置反馈信号的特点，在数据采集处理模块中需要对采集到的位置反馈信号进行滤波和调理。由于LabVIEW提供了多种软件模块用于实现信号的滤波和调理，所以系统中信号的滤波和调理均采用软件的方式实现。[3]

2.4 舵机电池电压判断电路测试单元

该单元完成对电池电压检测电路的性能测试，以及电池电压翻转门限的自动测试。根据硬件测试时电路翻转时+90V电源的输出电压，分两次测试。第一次先控制+90V电源输出一个稍小于翻转电压的电压值，然后通过RS-422通讯每隔12ms发送一次电池电压自检指令，共发送3次，并采集“电池电压正常信号”，判断电路翻转状态。第二次控制+90V电源输出一个大于翻转电压的电压值，按同样的方法进行测试，并判断电路是否正常翻转。

2.5 解锁电路及解锁判断电路测试单

该单元模拟舵机解锁，完成解锁电路测试。由RS422总线发出解锁控制信号，控制器产生点火信号经过配置的一个0.5Ω的电阻模拟负载，由模拟采集通道进行采集，送入测控计算机进行判断。解锁完成后，设备输出解锁状态信号，通过RS-422采集解锁正常信号，完成解锁自检信号的判断。

2.6 供电单元

供电单元由+90V功率电源、+28.5V信号电源、LEM电压传感器、LEM电流传感器、多功能板卡以及GPIB通讯部分组成。+90V功率电源由2台大功率电源串联组成，由测控计算机通过GPIB通讯总线进行参数设置和输出控制。

2.7 静态参数测试单元

静态参数测试单元采用LabVIEW编程，利用PXI控制器通过RS232串口对Keithley2700数字万用表和开关阵列模块7702进行操作，根据双方的通信协议，编制相应软件，完成自动测试系统数据通信。

3 测试系统软件设计

在软件方面，通用计算机软件和仪器软件的有机结合构成了控制器自动化测试系统的基本软件框架。[4]

3.1 软件界面设计

软件界面设计分为五个部分，测试菜单栏、测试项目选择栏、测试状态栏、测试曲线窗口、测试结果显示面板、显示控制面板。软件在显示曲线时，以示波器的曲线显示为设计蓝本，并提供局部放大功能。

3.2 测试报表自动生成

为了提高测试效率，便于后续测试数据管理，系统在过程中由软件自动生成测试报表，测试报表的模板格式与工艺文件测试记录卡保持一致性，满足用户要求。

4 结论

基于虚拟仪器的舵机控制器自动化测试系统能够很好的完成某型舵机控制器及其分部件的自动化测试。该系统基于虚拟仪器，以Labview软件作为开发平台，通过GPIB总线完成了计算机与数据采集设备的通信，完成了数据的采集、显示、存储、处理等，并经过实际生产验证，具有较高的可靠性和稳定性，并具有较高的自动化程度，具有实际应用价值。用该自动化测试系统对控制器综合参数进行了测试试验，测试结果验证了系统的有效性。

參考文献

[1]田文革，虚拟仪器技术及其在空空导弹测试设备中的应用[M].航空兵器，2002年第5期.

[2]王斐，梁晓庚，王民钢.基于虚拟仪器的舵机综合测试系统设计[M].计算机测量与控制，2015.23（6）.

[3]王乐勇，毛武军，赵文普.基于虚拟仪器和Fluke 45的自动化测试系统设计[M].中国空空导弹研究院.

[4]刘本德，许化龙.王建宏，虚拟仪器技术及其在导弹测试领域中的应用[J].第二炮兵工程学院，湖北航天科技，2002第1期.