基于LabVIEW的航天執行器的軟硬件測試

　　The Challenge:

　　開發基于PC機的壽命測試系統來替換傳統的基于人工的系統，用于航天執行器的壽命測試。

　　The Solution:

　　借助于NI LabVIEW軟件，使用PCI數據采集硬件進行壽命仿真，使用NI CompactRIO硬件用于傳感器輸入，我們制造出全自動化的壽命測試系統。

　　利用基于LabVIEW的解決方案，我們的客戶可以比以往更全面地對執行器進行測試。同時，它還可以在短得多的時間內提供對執行器的特性和性能的更好分析。

　　系統綜述

　　為了測試新型的電子執行器，我們決定對原來的人工流程進行自動化。通過這種自動化，工程師們可以定位執行器中的故障進而確定潛在的故障點。以前，驅動執行器的占空比是由波形發生器生成的簡單正弦波。在執行器的工作范圍內，通過改變幅度來將執行器激勵到各種級別。測試需要不斷重復這個過程直到設備最后出現故障。這通常會花費數月的時間。

　　我們既需要從執行器內部的傳感器測量數據(如電機溫度的測量)，又需要在外部測量負載、振動及執行器對占空比的響應。

　　硬件

　　我們利用LabVIEW 開發出了新型的自動化系統。硬件包括高速的NI M系列PCI數據采集板來提供占空比波形，并進行高速的測量采集。為了確定執行器的磁滯特性，我們使用數據采集電路板上的兩個模擬輸入，對波形輸出和外部 LVDT的響應輸出同時進行監測。波形被畫到主屏幕上的XY坐標曲線上，為我們提供了磁滯性能的視覺化顯示。我們還使用NI SCC-68 連接器單元中的SCC 模塊對執行器的電源進行了監測。

　　利用執行器上的加速器，我們可以對NI 9233 C 系列模塊(安裝在NI CompactDAQ 機箱內)采集到的電機振動進行分析。振動測量是分析的一部分，可以幫助我們預測測試結束前的故障情況。我們需要一個帶有充電放大器的負載電源來測量執行器的負載情況，而執行器則通過彈簧被連接到試驗臺上的固定安裝點上。

　　執行器內部安裝了熱電偶來監測設備內部的溫度，同時使用NI 9211 C 系列模塊來測量環境溫度。

　　軟件

　　使用LabVIEW 的關鍵優勢在于可以創建一系列的占空比來真實地表示執行器實際的操作。我們開發了一套復雜的占空比方波信號，而沒有只使用簡單的正弦波。我們將這一組不同占空比的方波信號循環播放。每種占空比將執行器激勵到不同的伸長級別，其中還包含了使執行器達到完全伸長的占空比，來測試執行器實際的極限。

　　軟件GUI 還為操作者提供了以趨勢圖和數字顯示的方式來查看所有測量數據的功能。所有的測量數據以一分鐘為間隔保存到文件中，以備后續分析用。我們可以在一些重要的輸入上放置一個閾值，用以判定設備是否正常運行，這些輸入包括振動通道，電源的電流輸出和設備的內部溫度。如果這些通道中的任意一個超過預設的限定，那么系統將開始在10分鐘內以10秒為間隔記錄數據。如果在此期間，輸入超過第二個級別，那么系統將自動切斷執行器的電源，然后關機。在關機的過程中，數據采集系統將以全速記錄數據并且保存到磁盤上，以備在對故障進行后續分析時進行進一步的研究。

　　一些執行器還被安排研究一些潛在的問題，如傳動裝置的摩擦及傳動裝置中齒輪的丟失等，來檢查這些問題對長期性能的影響。

　　結論

　　利用基于LabVIEW 的解決方案，我們的客戶可以比以往更全面地對執行器進行測試。同時，它還可以在短得多的時間內提供對執行器的特性和性能的更好分析。