基于Lab VIEW软件实现的用于飞机高扬程轴的自动测试系统

基于Lab VIEW可编程门阵列软件实现的用于飞机高扬程轴的自动

测试系统

Md. Shouqatali A.C.，测试工程师

Navin Karanth P.，助理教授

Karthik S.P.，高级测试工程师

Vijay Desai，博士，教授

摘要

在飞机起飞和登陆阶段，这个轴用于飞机接受极端负载条件下的高升力系统（固定翼飞机）。随着寿命的延长，这个轴的性能越来越差。不合格的轴可能会导致大灾难。因此，为确保乘客的安全，有需要开发一个测试系统，能对不同轴不同负荷设计，测试他们的生命周期。本文提出了实施一个试验系统采用Lab VIEW–现场可编程门阵列，对轴能够模拟不同的负载条件。扭矩和速度值利用可编程门阵列卡进行实时数据记录。本文讨论的是测试系统的软件设计和从试验轴得到的结果。

一般术语：自动测试系统，LabVIEW可编程门阵列

关键词：虚拟仪器，可编程门阵列，测试系统/设备，自动测试系统

1 引言

轴的高升力系统是连接液压驱动器（驱动）和皮瓣/板条表面（负载）的。在飞行中，驱动器驱动轴在一个方向，由于风的负载，板条传动轴朝相反的方向。这两个力创造沿轴方向的扭矩。几何图形的设计和轴的材料应能承受这扭矩，并能够传输功率从驱动器到板条表面。

在轴报废前，可以进行数以千计的飞行周期。实际上没有进行的所有手动测试，并记录数据。因此，为了以后的分析，一个自动化测试系统的开发可为提供轴不同的负载条件，为他们设计和不断记录数据。

这个测试系统发表的如多轴运动控制系统[1]和起落架测试系统[2]，使用Lab VIEW编程为它提供优势的编程和调试[3]，[4]，并可以简化和加快测试系统的发展。它还具有强大的接口支持[5]。外围组件接口（PCI），现场可编程逻辑阵列（FPGA）是用于实时逆转录（RT）的一部分，可以方便地使用Lab VIEW软件进行编程。

在本文中，测试系统的软件实现有详细解释。主机部分和实时部分是分别说明。一个工业个人计算机被用来作为主机，是用来控制所有非实时数据（例如：记录参数的变化，试验的选择，设定驱动的速度，设定转矩负载等）利用Lab VIEW软件。国家仪器的应用[6] NI-7833R芯片用作实时部分，是用来申请命令为驱动，负载和数据采集。

文章其余的部分包括驱动器和负载电机加上一个测试轴所取得的成果。自动测试系统的发展趋势是利用智能仪器技术，并完成一系列测试任务，通过用一个单一的多功能测试系统取代各种仪器和测量设备。

2 系统概述

测试系统由双电机组成，一个电机是作为一个驱动，另一个作为负载，并放置在一个测试床的两边。这些电动机通过伺服驱动器驱动。伺服驱动器是用来控制速度，转矩和电动机的方向。

伺服驱动器可以被配置在模拟模式，意味着伺服驱动器能够识别0V至10V的接口，依据配置来运行电机速度/转矩回路。0V对应的零速度/扭矩,10V对应的最高速度/扭矩（最高速度/转矩应配置在第一伺服驱动上。例如，如果配置最大是2000转，当5V输入到伺服驱动器上，则驱动电机在转速为1000转）。

测试轴之间的耦合电机用扭矩仪（测量速度和扭矩）传感器放在轴的每一侧，就相应地给出了驱动器的速度/扭矩和负载速度/扭矩。实时数据，如驱动器和负载的速度/扭矩，紧急状态下的停止等，都用可编程门阵列记录下了。图1显示了系统框图，并描述了一个昂贵的计算机自动测试系统（ATS）[8]设计。

图2-1 系统框图

3 实现

软件的前面板图形用户界面（GUI）被称作“技术中心”[4]，使用户在这个测试系统中可以了解持续的过程，并能够识别系统误差。主机的实施步骤部分和可编程门阵列部分是本节解释的。

3.1 主机部分实现

主机电脑用来调查用户事件，当用户事件发生，他们可发送到合适的回路。

3.1.1 处理用户事件

处理用户事件的设计可用图3-1来帮助解释。这包括定维护参数的设定，节约轴的部件，创造一个序列等，运行多次来检查轴的耐力，改变记录参数–这将方便用户记录他们感兴趣的参数。

图3-1 用户事件

3.1.2 数据采集数据图表

实时数据通过可编程门阵列收集（先进先出–缓冲）FIFO。FIFO是有限定的长度，因此只要主机读它，就需要刷新/重写FIFO。刷新/重写的速率取决于FIFO的长度和采样率。

目前的情况FIFO和FPGA的长度为1k，因此速度是1秒（可编程门阵列的数据获取率是1毫秒，因此1k的采样收集时间为1秒）。可编程门阵列的数据收集和图形模块如图3-2所示。

数据图形是为了在线分析，并把实时数据展示在数据的显示和分析模块。数据

图3-2 采集数据图

采集是为了离线分析，并把来之可编程门阵列的实时数据存储到本地主机计算机中。

3.1.3 数据记录和报告生成

数据记录和报告生成的设计在图3-3中阐述。在图5提到的本地队列A1，已经在图4中涉及到。

数据记录可以按需求用二进制代码、ASCII码或文本格式，报告可以根据用户的要求提交数据。此程序的数据记录是文本格式，即记录成简单的.txt文件。

测试软件可以用来编写测试数据，并通过局域网直接进入产品数据库。在同一时间结果也被发表在网络上，让全球其他企业看到测试结果。

图3-3 数据记录和报告生成

3.2 FPGA的硬件部分实现

所有这三个回路（如图2）的运行是独立的。

在这个程序中，指令循环运行的速度是10ms。数据采集和紧急回路运行的速度是1ms。

3.2.1 指令循环

逻辑应用速度和扭矩命令说明如图3-4。

两个命令被用于缓慢的调整（速度/扭矩的变化达到设定值）。在使用手动模式时，速度和扭矩命令直接用变化率，即给一个特定序列–速度和扭矩命令的列表，通过时间参数使用FIFO计算变化率（速度或转矩的变化/时间差=变化率）。

图3-4 逻辑命令

3.2.2 数据采集回路

数据采集系统中采用（beitao郭等人，2009）[10]来解释的。数据来至扭矩/转速传感器，状态信号以1ms的速度不断采集并发送到FIFO。每一秒钟后又覆盖FIFO。主机和FIFO是同步的，因此如果不传到主机，任何采集的数据不能重写。图3-5解释了这个设计。

图3-5 数据采集回路

3.2.3 紧急回路

从安全的角度考虑紧急回路是非常重要的。FIFO连续监测紧急信号，例如–紧急停止，电机指标过热，高的速度，三相交流电源故障等。所有的紧急信号被监测并放大任何一个信号，

命令回路进入安全的速度/扭矩值。下图3-6所示。

图3-6 速度/扭矩值

4 仿真结果

通过一个试验轴展示了验收测试和耐力测试的结果。样品的飞行周期如图3-6所示。以上结果测试显示在下图4-1,4-2。

图4-1 驱动电动机转速v/s驱动电机速度测量

图4-2 驱动电动机速度命令v/s驱动电机速度测量

优化飞行周期如表 1所示，轴经历一个飞行周期，显示的转矩和速度值的范围。一个飞行周期不能在16秒内完成。这是优化快速传导测试。

4.1 验收测试

验收测试的选择取决于客户从哪个制造商买轴。测试为保证是否厂商按照设计制造的轴。

这种验收测试也可以被用来作为对轴的维护检测。

一个样品验收测试例子：

驱动器的转速为500转应用变化率为300转/秒。30nm的扭矩是适用于变化率为50纳米/秒负荷侧。这维持大约45秒，用反方向驱动是在第三十秒。

图4-1显示改变扭矩方向，改变驱动电机的旋转方向所示图4-2。

4.2 耐久试验

一个飞行周期的优化配置如表1中所示的应加载到系统中。飞行周期的结果（表

1）如图下图所示。

图4-3 驱动电动机速度命令v/s驱动电机速度测量

图4-4 负载转矩命令v/s驱动电动机转矩测量

图4-3显示测量速度就指令速度而言，图4-4显示扭矩测量就负载电机的应用转矩。

如果预测轴的生命是一百万个周期，那么ATS系统可以用来控制一百万个周期，并检查设计的轴是否符合其标准。

5 结论

测试过程中轴是自动。优化飞行周期的结果显示在图11和图12。这次飞行周期试验轴可以运行n（其中n指轴的预测生命周期）次来检查它的耐力。

该系统可以获取，提取，审核和自动生成测试报告。R.McDonell按照结构定义一些软件模块。

测试软件开发利用Lab VIEW提供主要的两个优点。

1. 增强软件的图形用户界面的使不同的测试参数容易读出。这大大降低了系统的开发时间。

2. 收集的数据具有很好的实时性和准确性。同样，主机端很容易进行数据处理。

参考文献

[1]. Chaturi Singh ，K. Poddar，《实现一个基于虚拟仪器的多轴运动控制系统的自动测试和测量应用》国家风洞设施，坎普尔分校。

[2].杨周，陈云贤和康瑞（2011），《一个关于飞机起落架故障测试系统的研究》，IEEE –预测与系统健康管理会议，MU3162。

[3]. Russ Turley，Matthew Wright，《基于Lab VIEW的引擎测试软件》1997 IEEE。

[4]. Stanley P. Case，Kenneth C. Craig Jr.，Michael H. Nichols（1994），《在第二十一世纪一个到苏必利尔的路径测试》，IEEE ，219 - 226。

[5]. Chien-Lung Cheng ，s.c.chern，Yi-hung Lan，《基于Lab VIEW洗衣机直流电机的自动测试系统》，2008 IEEE。

[6]. Y. Han，R. Tzoneva ，S.Behardien ，《基于MATLAB，Lab VIEW，FPGA的倒立摆线性控制系统》，2007 IEEE。

[7]. 梁致远，张建青，《基于嵌入式系统的陀螺仪的动态平衡测试框架》，2009 IEEE。

[8]. Joseph Czapski（2000），《在实验室研发自动测试系统的实用功能》，IEEE 601-613”。

[9]. 郭沈伟，于连，康振红，《基于Lab VIEW的粗纱锭测试系统》，2011 IEEE。

[10]. 郭蓓涛，张建伟，Xin Niew，《Lab VIEW在液压自动测试系统上的应用》，2009 IEEE

[11]. Richard McDonell ，Robert bracket ，《采用洛克希德·马丁的研究设计一个公开测试软件》，2004 IEEE。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/bad4.html