摘 要：針對某型號導彈舵機，使用內置數據采集卡的計算機和LabVIEW編程語言建立了一套舵機測試系統。該系統可以實現控制信號的產生、多通道連續(xù)數據采集、波形實時顯示和回放等功能。文中詳細介紹了系統的硬件組成、軟件設計、功能模塊的具體實現。實踐結果表明，該系統工作良好，性能穩(wěn)定，達到了設計要求。 關鍵詞：舵機;LabVIEW;數據采集;測試系統 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 　　舵機是飛行器進行姿態(tài)控制的執(zhí)行部件，直接影響著導彈的最終打擊效果，對其性能指標進行嚴格的測試具有重要的意義，傳統的測試手段所需儀器繁多而復雜。利用虛擬儀器技術構建的測試系統，配以必要的傳感器、數據采集卡等硬件就能滿足實際測試分析的需要。 　　虛擬儀器是現代計算機軟件技術、通信技術和測量技術高速發(fā)展孕育出的一項革命性的技術，其核心就是用軟件來實現硬件的功能?；贕語言的圖形化編程環(huán)境LabVIEW是美國NI公司的創(chuàng)新軟件產品，它是一種功能強大的虛擬儀器開發(fā)平臺，同時也是目前應用最廣、發(fā)展最快、功能最強的圖形化軟件集成開發(fā)環(huán)境。本文所設計的舵機測試系統就是基于LabVIEW的虛擬儀器。該測試系統界面友好，功能完備、可靠性高、可維護性強等優(yōu)點。 2 測試系統硬件設計 　　該舵機測試系統由系統硬件和測試軟件兩大部分組成。其中系統硬件部分主要包括計算機、數據采集卡、信號控制臺、傳感器;軟件用LabVIEW進行編寫。舵機測試系統組成如圖1所示。 　　（1）計算機 　　計算機是分析處理數據的中心，對計算機的選擇主要是根據應用軟件對計算機系統配置要求進行的。LabVIEW適用于包括Windows2000/9X/NT和Macintosh操作系統的各種版本。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。 　?。?）數據采集卡 　　根據測試要求，同時考慮與軟件的配合，選用了NI公司多功能DAQ卡中的E系列產品PCI-6024E。用來完成對信號數據的采集、放大及A/D轉換任務。 　?。?）信號控制臺 　　a、電源部分：提供5～15V可調直流電壓，以及電磁閥線圈所需的±12V電壓和舵機點火所需的+24V電壓。 　　b、信號發(fā)生與調理部分：主要是對電磁閥的控制信號及舵機點火信號的產生和放大，配合測試軟件使用。 　　c、接線端口板：用來連接信號調理電路與數據采集卡的68針引腳。 [align=center] 圖1 測系統組成框圖[/align] 3 測試系統軟件設計 　　3.1 程序流程設計 　　根據測試系統功能設計的要求，軟件的總體結構流程圖如圖2所示。 　　程序流程為：從主界面選擇進入點火或外供氣情況進行測試，或者進入文件讀取界面調出歷史數據重新進行波形分析和數據分析。在點火情況下，首先輸入產品編號等相關試驗信息，然后進行控制信號的幅值調整，為了檢驗系統是否正常，應先發(fā)出一段波形進行校驗，確認系統正常后，開始點火測試。測試結束后，保存數據文件并選擇進入波形分析或數據分析。外供氣情況基本一致，故不再畫出。 [align=center] 圖2測試系統軟件組成[/align] 　　3.2 數據采集模塊的設計 　　數據采集提供了整個測試系統得數據來源，是虛擬儀器的基本組成部分。數據采集模塊主要是實現被測信號的拾取及對各種參數的控制，比如對數據采集通道、輸入信號范圍、信號輸入方式、采樣率、采樣方式以及讀取率的設置等。采集到數據后，首先對波形進行調理，然后將信號送到控件Waveform Chart上進行實時顯示，同時按臨時路徑存盤。圖3為點火信號采集模塊流程圖，其中，調用了LabVIEW中Data Acquisition功能模塊下Analog Input中的AI Config.vi、AI Start..vi等子函數。 [align=center] 圖3 點火信號采集模塊流程圖[/align] 　　3.3 控制信號產生模塊設計 　　根據系統要求，對舵機四個電磁閥的控制信號以及點燃電爆管所需的點火信號有測試系統產生。依據合理利用PCI-6024E硬件情況，并盡可能地利用軟件來實現的原則，使用6024E定時/計數器產生的高精度脈沖序列來生成控制信號。對應點火情況下信號產生程序框圖如圖4。程序中定時/計數器口以及DIO口進行了設置。 [align=center] 圖4 控制信號產生程序框圖[/align] 　　3.4 采集信號存儲模塊設計 　?。?）采集數據的保存格式：本測試系統采用波形數據文件的格式來保存采集到的數據。此種格式包含了波形數據特有的一些信息，如采樣起始時間、采樣間隔等。采樣用Write Waveform to File.vi高層文件操作函數可以很容易的對采集的波形數據進行保存，并可以使用Get Waveform Components分解出其中的起始時間、采樣間隔和幅值大小等信息量。按照采樣時的設定，點火情況下采集120秒生成文件大小約為110MB。 　?。?）采集數據的保存路徑：先給出一個默認的保存路徑，等測試完畢后，再由操作者自行決定將文件保存到哪里，這時將已經保存好的波形文件轉移至指定路徑即可。這樣可以讓使用者根據采集情況，再決定是否保存，更加靈活。 　　3.5 信號波形處理、打印模塊設計 　?。?）波形處理：在進行測試時，使用Waveform Chart來實時顯示各通道波形，當測試完畢后，還需要對任一通道任一時間段的波形進行回放，任意選擇幾路通道進行對比，波形的放大縮小，便于進行分析和對比。 　　（2）波形打?。篖abVIEW雖然在數據采集和儀器控制方面功能強大，但生成測試報表的能力卻不盡人意。針對此問題，NI提供了Report Generation Tools工具包來彌補LabVIEW在生成報表上的缺陷。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直接聯系起來，快捷便捷地生成報告。最終的打印波形如圖5所示。 [align=center] 圖5打印測試波形圖[/align] 4 干擾信號濾波方法 　　實際測試中，通過對采集到的信號進行分析后發(fā)現，由系統產生的控制信號波形良好，而傳感器信號中則存在一定的干擾，為了防止干擾對數據分析產生影響，需對波形進行一定的處理。硬件上可以在傳感器的輸入和地之間接一個小電容濾除高頻噪聲，經檢驗效果良好。軟件上則可以使用LabVIEW提供的濾波器對傳感器信號進行數字濾波。由于對方波信號進行濾波必然會使波形發(fā)生一定的改變，因此濾波的目的是衰減干擾信號幅值，同時對正常的方波信號造成較小影響。這里選擇了一階Butterworth低通濾波器，之所以選擇一階，因為階數越高，過渡帶就越陡，而需要的方波信號中同樣包含高頻分量，因此階數越高，方波的變形就越大，同時也會造成相位移動，這對于要進行延遲時間的獲取是不利的。試驗證明，使用高階濾波器，將會使正常的方波波形產生失真，在上升和下降沿處出現尖峰。 5 結束語 　　使用LabVIEW虛擬儀器圖形編程語言組建的舵機測試系統，利用“軟件就是儀器”的技術方法，減少了測試中的硬件設備，改變了以往測試儀器的操作方式，儀器面板簡潔明了，人機交互性強。在前面板上進行操作，避免誤操作造成的物理損壞。這說明使用LabVIEW開發(fā)出的虛擬儀器大大提高了測試效率和使用的經濟效益。該測試系統已通過驗收，性能符合要求。 　　本文作者創(chuàng)新點：采用虛擬儀器領域中最具有代表性的圖形化語言LabVIEW作為開發(fā)平臺，其人機界面友好，功能強大;開發(fā)效率高、可維護性強;測試精度、穩(wěn)定性和可靠性能得到充分保證;具有很高的性能價格比，節(jié)省投資，適合測控領域的計算機編程。該系統編制的測試軟件實現信號的產生、采集、波形的顯示、回放、數據的存儲、打印、分析以及實用友好的用戶界面等功能?？偟恼f來，本測試系統具有以下特點：操作簡便、功能完備、可靠性高、通用性強、成本低廉。 參考文獻： 　　[1]周偉林. 基于LabVIEW的AC1077數據采集卡的驅動[J].微計算機信息, 2006,22-1: 121-122. 　　[2] 孟秀云. 導彈制導與控制系統原理[M]. 北京理工大學出版社,2002. 　　[3] 樊強,徐運濤. 虛擬儀器測試系統簡介[J]. 軍事通信技術，2001,9-1: 16-19. 　　[4] 汪淑蘭. 導彈氣動舵機系統的建模與仿真[J]. 計算機仿真,1994,1: 23-24. 　　[5] [美]RobertH. Bishop（喬瑞萍譯）.LabVIEW6i實用教程[M].北京：電子工業(yè)出版社,2003. 　　[6] National Instruments Corporation. LabVIEW NI 6023E/6024E/6025E Family Specifications, March 2004 Edition. 　　[7] 陳敏，湯曉安.虛擬儀器軟件LabVIEW與數據采集[J].小型微計算機系統,2001,4: 501-503.