摘要：本文針對(duì)具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的小功率伺服系統(tǒng)儀表，設(shè)計(jì)了一種通用的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，并給出了具體的硬件電路和相關(guān)軟件流程。實(shí)際應(yīng)用表明，該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)不僅功能齊全，工作穩(wěn)定可靠，便于地勤人員的維護(hù)保障，而且具有使用方便、智能化、集成度高的特點(diǎn)。

引言

現(xiàn)如今，以具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的小功率伺服系統(tǒng)為基本結(jié)構(gòu)單元的儀表廣泛應(yīng)用于飛機(jī)上，它采用隨動(dòng)系統(tǒng)方式實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換、解算和遠(yuǎn)距傳輸傳送，使信號(hào)能量得到放大，不僅可以提高儀表的指示精度和負(fù)載能力，而且具有較靈活的輸出和顯示方式[1]。小功率伺服系統(tǒng)儀表的完好性直接影響到飛機(jī)的飛行安全，本文針對(duì)飛機(jī)上的小功率伺服系統(tǒng)儀表設(shè)計(jì)了一套通用的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。

1 航空儀表伺服系統(tǒng)的工作原理

航空儀表中所應(yīng)用的伺服系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)電氣機(jī)械式位置反饋系統(tǒng)，其原理結(jié)構(gòu)如圖1所示，它主要由傳感器和指示器兩部分組成。在傳感器中，敏感元件測(cè)量飛行器的某一物理參數(shù)并轉(zhuǎn)換成控制伺服系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的角信號(hào)θ1，再通過變換裝置將角信號(hào)θ1轉(zhuǎn)換成一定形式電信號(hào)e1輸出給指示器中的接收裝置。在指示器中，當(dāng)接收裝置的輸入信號(hào)e1與電機(jī)組件輸出的反饋信號(hào)e2不一致時(shí)(即△e=e2-e1≠0)則產(chǎn)生誤差電壓信號(hào)△e，該信號(hào)經(jīng)伺服裝置解調(diào)放大后控制直流電機(jī)組件運(yùn)轉(zhuǎn)，以帶動(dòng)指針和計(jì)數(shù)器指示，同時(shí)為接收裝置提供位置反饋信號(hào)e2(圖1中指示器部分框內(nèi)的虛線即表征這種機(jī)械位置反饋關(guān)系)，使△e趨于0，我們把這種狀態(tài)稱為隨動(dòng)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)狀態(tài)。當(dāng)相應(yīng)的飛行器參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，伺服系統(tǒng)將重復(fù)上述過程使系統(tǒng)獲得新的協(xié)調(diào)。

航儀表伺服系統(tǒng)中的變換裝置和接收裝置在電氣關(guān)系上是一個(gè)整體部件，合并稱之為比較變換裝置，由它實(shí)現(xiàn)主控信號(hào)與反饋信號(hào)的比較，并轉(zhuǎn)換成誤差電信號(hào)。組成比較變換裝置的器件常用自整角機(jī)或旋轉(zhuǎn)變壓器，它們都具有傳輸精度高、使用壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。

1 總體設(shè)計(jì)思想

本文設(shè)計(jì)的通用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，根據(jù)被測(cè)設(shè)備的測(cè)試需求，研制專用的基于GPIB總線數(shù)據(jù)通訊技術(shù)的程控激勵(lì)信號(hào)發(fā)生器與信號(hào)采集處理器等總線擴(kuò)展卡，制作專用的接口適配器用于連接測(cè)試系統(tǒng)與被測(cè)單元，對(duì)重復(fù)占用的信號(hào)源以繼電器開關(guān)和矩陣開關(guān)進(jìn)行分配，在數(shù)字I/O卡的控制下進(jìn)行。

2 硬件設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖2所示，硬件平臺(tái)主要由工控計(jì)算機(jī)、數(shù)字I/O卡、三塊同步器卡、測(cè)試資源、陣列接口、接口適配器和測(cè)試電纜七部分組成：

(1)工控計(jì)算機(jī)：是整機(jī)控制中心和操作平臺(tái)，除標(biāo)準(zhǔn)IPC配置外，內(nèi)部擴(kuò)充有四塊VXI總線擴(kuò)展卡、數(shù)字I/O卡和同步器卡。通過軟件系統(tǒng)和GPIB總線調(diào)度系統(tǒng)數(shù)字化測(cè)試資源對(duì)被測(cè)對(duì)象自動(dòng)完成數(shù)字化檢測(cè)，并給出準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。

(2)同步器卡：是自行設(shè)計(jì)基于ISA總線的同步器/分解器，實(shí)現(xiàn)軸角信號(hào)與數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化。一方面讀取系統(tǒng)總線送來的數(shù)字角度數(shù)據(jù)，產(chǎn)生電壓信號(hào)，作為激勵(lì)發(fā)送到儀表;另一方面，它又能接收被測(cè)設(shè)備輸出的角位信號(hào)，將角位信息轉(zhuǎn)化為角度值。

(3)數(shù)字I/O卡：在測(cè)試系統(tǒng)中，數(shù)字I/O卡可觸發(fā)所用繼電器模塊的電磁動(dòng)作，接收從離散量接口板送來的開關(guān)量信號(hào)[3]。

(4)測(cè)試資源：系統(tǒng)測(cè)試資源以數(shù)字化VXI模塊儀器和GPIB程控儀器為主。

①VXI測(cè)試資源：VXI模塊資源的選用和搭配部分考慮被測(cè)對(duì)象的測(cè)試需求和系統(tǒng)擴(kuò)展能力。考慮測(cè)試精度的需要，分別選用16通道16位的D/A轉(zhuǎn)換器JV53201、6.5位數(shù)字多用表Agilent34401B、繼電器AglientE1463A、矩陣開關(guān)AgilentE1446A。離散量接口板為自制版，專用于ATE檢測(cè)UUT離散輸出電壓的功能電路板。這塊印制板上還裝載有一個(gè)附加的電阻網(wǎng)絡(luò)，它以取自電為母源，采用電阻網(wǎng)絡(luò)分壓的方式產(chǎn)生各種電壓信號(hào)源。

②GPIB分立儀器：主要包括直流程控電源和交流程控電源。直流程控電源和交流程控電源均有程控可調(diào)能力，并且具有在線監(jiān)控、數(shù)據(jù)回讀、自檢測(cè)功能。

(5)陣列接口：它是整個(gè)系統(tǒng)輸入和輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)接中樞。

(6)接口適配器：UUT(被測(cè)對(duì)象)并不直接與ICA(陣列接口連接器框架)連接，而是連接到專用的接口適配器上。接口適配器和UUT在測(cè)試時(shí)配套使用，所有接口適配器擁有統(tǒng)一的與ICA對(duì)接的結(jié)構(gòu)形式ITA(接口適配器)。ITA和ICA上的插座成對(duì)稱關(guān)系[2]，如圖3所示。

接口適配器及被測(cè)單元所需電源均來自測(cè)試系統(tǒng)，并通過ICA和ITA轉(zhuǎn)接。接口適配器是被測(cè)單元信號(hào)的預(yù)處理裝置，通過程控接口與測(cè)試系統(tǒng)總線連接，實(shí)現(xiàn)有效的自動(dòng)測(cè)試。ICA上配有非常靈活的操縱把手，可以方便可靠地與ITA連接與分離，以最便捷的方式將接口轉(zhuǎn)接機(jī)箱與測(cè)試系統(tǒng)對(duì)接或分離。

(7)電纜：用于將被測(cè)設(shè)備與接口適配器相連。

3 軟件設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，靈活方便，為硬件系統(tǒng)擴(kuò)充和軟件升級(jí)提供了優(yōu)越的條件。選用NI公司的LabVIEW作為軟件開發(fā)平臺(tái)，由主模塊程序調(diào)用各個(gè)功能模塊程序完成測(cè)試的相應(yīng)功能，各個(gè)功能模塊調(diào)用底層函數(shù)或子VI完成相應(yīng)操作，各層之間通過公共數(shù)據(jù)文件和實(shí)時(shí)變量進(jìn)行數(shù)據(jù)交換[4,5]。

3.1測(cè)試系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)

測(cè)試軟件系統(tǒng)主控模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)的流程控制、子模塊的管理、用戶管理、幫助提示等，主模塊的流程圖如圖4所示。

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試過程為：首先自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)供電;啟動(dòng)軟件平臺(tái)，開始系統(tǒng)資源掃描和系統(tǒng)自檢，進(jìn)入測(cè)試準(zhǔn)備。自檢完成后選擇被測(cè)設(shè)備，并按照被測(cè)設(shè)備需要測(cè)試的細(xì)則進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試，測(cè)試過程中判斷被測(cè)對(duì)象是否有故障，如果有故障則進(jìn)入故障處理程序進(jìn)行相應(yīng)的故障處理。同時(shí)故障信號(hào)信息通過存儲(chǔ)模塊實(shí)時(shí)記錄到檢測(cè)儀數(shù)據(jù)庫(kù)中，供以后故障分析和查詢。

功能模塊包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、信號(hào)輸出模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及歷史數(shù)據(jù)查詢模塊、報(bào)表模塊、錯(cuò)誤事件處理模塊等，也采用分層模塊設(shè)計(jì)思想，由主模塊調(diào)用各個(gè)子模塊，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理、分析、顯示、記錄和打印等功能，完成對(duì)小功率伺服系統(tǒng)的在線測(cè)試。

3.2 用戶圖形界面的設(shè)計(jì)

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)操作面板如圖5所示，根據(jù)軟件設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)思想創(chuàng)建用戶界面及回調(diào)函數(shù)名稱，操作面板在設(shè)計(jì)上力求方便與實(shí)用。

測(cè)試系統(tǒng)的一般測(cè)試步驟如下：(1)將被測(cè)部件通過相應(yīng)的電纜與被測(cè)系統(tǒng)適配器連接;(2)通過標(biāo)準(zhǔn)化接口與測(cè)試系統(tǒng)連接;(3)接通程控直流電源和交流電源為測(cè)試系統(tǒng)供電;(4)運(yùn)行被測(cè)部件的測(cè)試程序(TPS)進(jìn)入被測(cè)部件的操作面板界面，在操作面板中選擇所要進(jìn)行的測(cè)試項(xiàng)目，選好后按下“啟動(dòng)”鍵，計(jì)算機(jī)進(jìn)入測(cè)試過程。在測(cè)試過程中會(huì)顯示一些操作提示信息，待被測(cè)部件檢測(cè)完后，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊操作面板上的“數(shù)據(jù)保存”，將被測(cè)結(jié)果記錄下來。

4 結(jié)論

本文綜合運(yùn)用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)集成技術(shù)完成飛機(jī)上小功率伺服系統(tǒng)儀表的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過仿真驗(yàn)證，證明設(shè)計(jì)方案正確可行，可為具體工程實(shí)現(xiàn)提供依據(jù)。