摘 要：針對(duì)某型號(hào)導(dǎo)彈舵機(jī)，使用內(nèi)置數(shù)據(jù)采集卡的計(jì)算機(jī)和LabVIEW編程語(yǔ)言建立了一套舵機(jī)測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)的產(chǎn)生、多通道連續(xù)數(shù)據(jù)采集、波形實(shí)時(shí)顯示和回放等功能。文中詳細(xì)介紹了系統(tǒng)的硬件組成、軟件設(shè)計(jì)、功能模塊的具體實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐結(jié)果表明，該系統(tǒng)工作良好，性能穩(wěn)定，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞：舵機(jī);LabVIEW;數(shù)據(jù)采集;測(cè)試系統(tǒng) Abstract: According to the missile actuator, a measurement system has been built based on the programming language LabVIEW and one computer with a DAQ card in. The signals controlling the actuator are generated in this system and other functions such as long time, high accuracy data acquisition and storage on input channels, real-time displaying or reviewing of signal waveforms and etc., can be realized. In this paper, Hardware compositions, software development as well as the realization of function modules are discussed in detail. Practices prove this system works well with stable performance, and meet the requirements of design. Key words: Actuator，LabVIEW，Data Acquisition，Measurement System 1 引言 　　舵機(jī)是飛行器進(jìn)行姿態(tài)控制的執(zhí)行部件，直接影響著導(dǎo)彈的最終打擊效果，對(duì)其性能指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試具有重要的意義，傳統(tǒng)的測(cè)試手段所需儀器繁多而復(fù)雜。利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的測(cè)試系統(tǒng)，配以必要的傳感器、數(shù)據(jù)采集卡等硬件就能滿足實(shí)際測(cè)試分析的需要。 　　虛擬儀器是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、通信技術(shù)和測(cè)量技術(shù)高速發(fā)展孕育出的一項(xiàng)革命性的技術(shù)，其核心就是用軟件來實(shí)現(xiàn)硬件的功能。基于G語(yǔ)言的圖形化編程環(huán)境LabVIEW是美國(guó)NI公司的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，它是一種功能強(qiáng)大的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)，同時(shí)也是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件集成開發(fā)環(huán)境。本文所設(shè)計(jì)的舵機(jī)測(cè)試系統(tǒng)就是基于LabVIEW的虛擬儀器。該測(cè)試系統(tǒng)界面友好，功能完備、可靠性高、可維護(hù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 2 測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 　　該舵機(jī)測(cè)試系統(tǒng)由系統(tǒng)硬件和測(cè)試軟件兩大部分組成。其中系統(tǒng)硬件部分主要包括計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、信號(hào)控制臺(tái)、傳感器;軟件用LabVIEW進(jìn)行編寫。舵機(jī)測(cè)試系統(tǒng)組成如圖1所示。 　　（1）計(jì)算機(jī) 　　計(jì)算機(jī)是分析處理數(shù)據(jù)的中心，對(duì)計(jì)算機(jī)的選擇主要是根據(jù)應(yīng)用軟件對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置要求進(jìn)行的。LabVIEW適用于包括Windows2000/9X/NT和Macintosh操作系統(tǒng)的各種版本。硬件要求：Inter Pentium III或更高的處理器，至少16MB RAM，完全安裝至少需要220MB硬盤可用空間。 　　（2）數(shù)據(jù)采集卡 　　根據(jù)測(cè)試要求，同時(shí)考慮與軟件的配合，選用了NI公司多功能DAQ卡中的E系列產(chǎn)品PCI-6024E。用來完成對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)的采集、放大及A/D轉(zhuǎn)換任務(wù)。 　　（3）信號(hào)控制臺(tái) 　　a、電源部分：提供5～15V可調(diào)直流電壓，以及電磁閥線圈所需的±12V電壓和舵機(jī)點(diǎn)火所需的+24V電壓。 　　b、信號(hào)發(fā)生與調(diào)理部分：主要是對(duì)電磁閥的控制信號(hào)及舵機(jī)點(diǎn)火信號(hào)的產(chǎn)生和放大，配合測(cè)試軟件使用。 　　c、接線端口板：用來連接信號(hào)調(diào)理電路與數(shù)據(jù)采集卡的68針引腳。 [align=center] 圖1 測(cè)系統(tǒng)組成框圖[/align] 3 測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 　　3.1 程序流程設(shè)計(jì) 　　根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的要求，軟件的總體結(jié)構(gòu)流程圖如圖2所示。 　　程序流程為：從主界面選擇進(jìn)入點(diǎn)火或外供氣情況進(jìn)行測(cè)試，或者進(jìn)入文件讀取界面調(diào)出歷史數(shù)據(jù)重新進(jìn)行波形分析和數(shù)據(jù)分析。在點(diǎn)火情況下，首先輸入產(chǎn)品編號(hào)等相關(guān)試驗(yàn)信息，然后進(jìn)行控制信號(hào)的幅值調(diào)整，為了檢驗(yàn)系統(tǒng)是否正常，應(yīng)先發(fā)出一段波形進(jìn)行校驗(yàn)，確認(rèn)系統(tǒng)正常后，開始點(diǎn)火測(cè)試。測(cè)試結(jié)束后，保存數(shù)據(jù)文件并選擇進(jìn)入波形分析或數(shù)據(jù)分析。外供氣情況基本一致，故不再畫出。 [align=center] 圖2測(cè)試系統(tǒng)軟件組成[/align] 　　3.2 數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì) 　　數(shù)據(jù)采集提供了整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)得數(shù)據(jù)來源，是虛擬儀器的基本組成部分。數(shù)據(jù)采集模塊主要是實(shí)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)的拾取及對(duì)各種參數(shù)的控制，比如對(duì)數(shù)據(jù)采集通道、輸入信號(hào)范圍、信號(hào)輸入方式、采樣率、采樣方式以及讀取率的設(shè)置等。采集到數(shù)據(jù)后，首先對(duì)波形進(jìn)行調(diào)理，然后將信號(hào)送到控件Waveform Chart上進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)按臨時(shí)路徑存盤。圖3為點(diǎn)火信號(hào)采集模塊流程圖，其中，調(diào)用了LabVIEW中Data Acquisition功能模塊下Analog Input中的AI Config.vi、AI Start..vi等子函數(shù)。 [align=center] 圖3 點(diǎn)火信號(hào)采集模塊流程圖[/align] 　　3.3 控制信號(hào)產(chǎn)生模塊設(shè)計(jì) 　　根據(jù)系統(tǒng)要求，對(duì)舵機(jī)四個(gè)電磁閥的控制信號(hào)以及點(diǎn)燃電爆管所需的點(diǎn)火信號(hào)有測(cè)試系統(tǒng)產(chǎn)生。依據(jù)合理利用PCI-6024E硬件情況，并盡可能地利用軟件來實(shí)現(xiàn)的原則，使用6024E定時(shí)/計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的高精度脈沖序列來生成控制信號(hào)。對(duì)應(yīng)點(diǎn)火情況下信號(hào)產(chǎn)生程序框圖如圖4。程序中定時(shí)/計(jì)數(shù)器口以及DIO口進(jìn)行了設(shè)置。 [align=center] 圖4 控制信號(hào)產(chǎn)生程序框圖[/align] 　　3.4 采集信號(hào)存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì) 　　（1）采集數(shù)據(jù)的保存格式：本測(cè)試系統(tǒng)采用波形數(shù)據(jù)文件的格式來保存采集到的數(shù)據(jù)。此種格式包含了波形數(shù)據(jù)特有的一些信息，如采樣起始時(shí)間、采樣間隔等。采樣用Write Waveform to File.vi高層文件操作函數(shù)可以很容易的對(duì)采集的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，并可以使用Get Waveform Components分解出其中的起始時(shí)間、采樣間隔和幅值大小等信息量。按照采樣時(shí)的設(shè)定，點(diǎn)火情況下采集120秒生成文件大小約為110MB。 　　（2）采集數(shù)據(jù)的保存路徑：先給出一個(gè)默認(rèn)的保存路徑，等測(cè)試完畢后，再由操作者自行決定將文件保存到哪里，這時(shí)將已經(jīng)保存好的波形文件轉(zhuǎn)移至指定路徑即可。這樣可以讓使用者根據(jù)采集情況，再?zèng)Q定是否保存，更加靈活。 　　3.5 信號(hào)波形處理、打印模塊設(shè)計(jì) 　　（1）波形處理：在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，使用Waveform Chart來實(shí)時(shí)顯示各通道波形，當(dāng)測(cè)試完畢后，還需要對(duì)任一通道任一時(shí)間段的波形進(jìn)行回放，任意選擇幾路通道進(jìn)行對(duì)比，波形的放大縮小，便于進(jìn)行分析和對(duì)比。 　　（2）波形打印：LabVIEW雖然在數(shù)據(jù)采集和儀器控制方面功能強(qiáng)大，但生成測(cè)試報(bào)表的能力卻不盡人意。針對(duì)此問題，NI提供了Report Generation Tools工具包來彌補(bǔ)LabVIEW在生成報(bào)表上的缺陷。該工具包在原有的Report Generation模板中增加了一些新的控件，能夠非常方便的將LabVIEW與word、excel直接聯(lián)系起來，快捷便捷地生成報(bào)告。最終的打印波形如圖5所示。 [align=center] 圖5打印測(cè)試波形圖[/align] 4 干擾信號(hào)濾波方法 　　實(shí)際測(cè)試中，通過對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，由系統(tǒng)產(chǎn)生的控制信號(hào)波形良好，而傳感器信號(hào)中則存在一定的干擾，為了防止干擾對(duì)數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生影響，需對(duì)波形進(jìn)行一定的處理。硬件上可以在傳感器的輸入和地之間接一個(gè)小電容濾除高頻噪聲，經(jīng)檢驗(yàn)效果良好。軟件上則可以使用LabVIEW提供的濾波器對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波。由于對(duì)方波信號(hào)進(jìn)行濾波必然會(huì)使波形發(fā)生一定的改變，因此濾波的目的是衰減干擾信號(hào)幅值，同時(shí)對(duì)正常的方波信號(hào)造成較小影響。這里選擇了一階Butterworth低通濾波器，之所以選擇一階，因?yàn)殡A數(shù)越高，過渡帶就越陡，而需要的方波信號(hào)中同樣包含高頻分量，因此階數(shù)越高，方波的變形就越大，同時(shí)也會(huì)造成相位移動(dòng)，這對(duì)于要進(jìn)行延遲時(shí)間的獲取是不利的。試驗(yàn)證明，使用高階濾波器，將會(huì)使正常的方波波形產(chǎn)生失真，在上升和下降沿處出現(xiàn)尖峰。 5 結(jié)束語(yǔ) 　　使用LabVIEW虛擬儀器圖形編程語(yǔ)言組建的舵機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，利用“軟件就是儀器”的技術(shù)方法，減少了測(cè)試中的硬件設(shè)備，改變了以往測(cè)試儀器的操作方式，儀器面板簡(jiǎn)潔明了，人機(jī)交互性強(qiáng)。在前面板上進(jìn)行操作，避免誤操作造成的物理?yè)p壞。這說明使用LabVIEW開發(fā)出的虛擬儀器大大提高了測(cè)試效率和使用的經(jīng)濟(jì)效益。該測(cè)試系統(tǒng)已通過驗(yàn)收，性能符合要求。 　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：采用虛擬儀器領(lǐng)域中最具有代表性的圖形化語(yǔ)言LabVIEW作為開發(fā)平臺(tái)，其人機(jī)界面友好，功能強(qiáng)大;開發(fā)效率高、可維護(hù)性強(qiáng);測(cè)試精度、穩(wěn)定性和可靠性能得到充分保證;具有很高的性能價(jià)格比，節(jié)省投資，適合測(cè)控領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)編程。該系統(tǒng)編制的測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)的產(chǎn)生、采集、波形的顯示、回放、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、打印、分析以及實(shí)用友好的用戶界面等功能。總的說來，本測(cè)試系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便、功能完備、可靠性高、通用性強(qiáng)、成本低廉。 參考文獻(xiàn)： 　　[1]周偉林. 基于LabVIEW的AC1077數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)[J].微計(jì)算機(jī)信息, 2006,22-1: 121-122. 　　[2] 孟秀云. 導(dǎo)彈制導(dǎo)與控制系統(tǒng)原理[M]. 北京理工大學(xué)出版社,2002. 　　[3] 樊強(qiáng),徐運(yùn)濤. 虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介[J]. 軍事通信技術(shù)，2001,9-1: 16-19. 　　[4] 汪淑蘭. 導(dǎo)彈氣動(dòng)舵機(jī)系統(tǒng)的建模與仿真[J]. 計(jì)算機(jī)仿真,1994,1: 23-24. 　　[5] [美]RobertH. 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