关键词：舵机;LabVIEW;数据采集;测试系统
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
舵机是飞行器进行姿态控制的执行部件，直接影响着导弹的最终打击效果，对其性能指标进行严格的测试具有重要的意义，传统的测试手段所需仪器繁多而复杂。利用虚拟仪器技术构建的测试系统，配以必要的传感器、数据采集卡等硬件就能满足实际测试分析的需要。
虚拟仪器是现代计算机软件技术、通信技术和测量技术高速发展孕育出的一项革命性的技术，其核心就是用软件来实现硬件的功能。基于G语言的图形化编程环境LabVIEW是美国NI公司的创新软件产品，它是一种功能强大的虚拟仪器开发平台，同时也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件集成开发环境。本文所设计的舵机测试系统就是基于LabVIEW的虚拟仪器。该测试系统界面友好，功能完备、可靠性高、可维护性强等优点。
2 测试系统硬件设计
该舵机测试系统由系统硬件和测试软件两大部分组成。其中系统硬件部分主要包括计算机、数据采集卡、信号控制台、传感器;软件用LabVIEW进行编写。舵机测试系统组成如图1所示。
（1）计算机
计算机是分析处理数据的中心，对计算机的选择主要是根据应用软件对计算机系统配置要求进行的。LabVIEW适用于包括Windows2000/9X/NT和Macintosh操作系统的各种版本。硬件要求：Inter Pentium III或更高的处理器，至少16MB RAM，完全安装至少需要220MB硬盘可用空间。
（2）数据采集卡
根据测试要求，同时考虑与软件的配合，选用了NI公司多功能DAQ卡中的E系列产品PCI-6024E。用来完成对信号数据的采集、放大及A/D转换任务。
（3）信号控制台
a、电源部分：提供5～15V可调直流电压，以及电磁阀线圈所需的±12V电压和舵机点火所需的+24V电压。
b、信号发生与调理部分：主要是对电磁阀的控制信号及舵机点火信号的产生和放大，配合测试软件使用。
c、接线端口板：用来连接信号调理电路与数据采集卡的68针引脚。
图1 测系统组成框图
3 测试系统软件设计
3.1 程序流程设计
根据测试系统功能设计的要求，软件的总体结构流程图如图2所示。
程序流程为：从主界面选择进入点火或外供气情况进行测试，或者进入文件读取界面调出历史数据重新进行波形分析和数据分析。在点火情况下，首先输入产品编号等相关试验信息，然后进行控制信号的幅值调整，为了检验系统是否正常，应先发出一段波形进行校验，确认系统正常后，开始点火测试。测试结束后，保存数据文件并选择进入波形分析或数据分析。外供气情况基本一致，故不再画出。
图2测试系统软件组成
3.2 数据采集模块的设计
数据采集提供了整个测试系统得数据来源，是虚拟仪器的基本组成部分。数据采集模块主要是实现被测信号的拾取及对各种参数的控制，比如对数据采集通道、输入信号范围、信号输入方式、采样率、采样方式以及读取率的设置等。采集到数据后，首先对波形进行调理，然后将信号送到控件Waveform Chart上进行实时显示，同时按临时路径存盘。图3为点火信号采集模块流程图，其中，调用了LabVIEW中Data Acquisition功能模块下Analog Input中的AI Config.vi、AI Start..vi等子函数。
图3 点火信号采集模块流程图
3.3 控制信号产生模块设计
根据系统要求，对舵机四个电磁阀的控制信号以及点燃电爆管所需的点火信号有测试系统产生。依据合理利用PCI-6024E硬件情况，并尽可能地利用软件来实现的原则，使用6024E定时/计数器产生的高精度脉冲序列来生成控制信号。对应点火情况下信号产生程序框图如图4。程序中定时/计数器口以及DIO口进行了设置。
图4 控制信号产生程序框图
3.4 采集信号存储模块设计
（1）采集数据的保存格式：本测试系统采用波形数据文件的格式来保存采集到的数据。此种格式包含了波形数据特有的一些信息，如采样起始时间、采样间隔等。采样用Write Waveform to File.vi高层文件操作函数可以很容易的对采集的波形数据进行保存，并可以使用Get Waveform Components分解出其中的起始时间、采样间隔和幅值大小等信息量。按照采样时的设定，点火情况下采集120秒生成文件大小约为110MB。
（2）采集数据的保存路径：先给出一个默认的保存路径，等测试完毕后，再由操作者自行决定将文件保存到哪里，这时将已经保存好的波形文件转移至指定路径即可。这样可以让使用者根据采集情况，再决定是否保存，更加灵活。
3.5 信号波形处理、打印模块设计
（1）波形处理：在进行测试时，使用Waveform Chart来实时显示各通道波形，当测试完毕后，还需要对任一通道任一时间段的波形进行回放，任意选择几路通道进行对比，波形的放大缩小，便于进行分析和对比。
（2）波形打印：LabVIEW虽然在数据采集和仪器控制方面功能强大，但生成测试报表的能力却不尽人意。针对此问题，NI提供了Report Generation Tools工具包来弥补LabVIEW在生成报表上的缺陷。该工具包在原有的Report Generation模板中增加了一些新的控件，能够非常方便的将LabVIEW与word、excel直接联系起来，快捷便捷地生成报告。最终的打印波形如图5所示。
图5打印测试波形图
4 干扰信号滤波方法
实际测试中，通过对采集到的信号进行分析后发现，由系统产生的控制信号波形良好，而传感器信号中则存在一定的干扰，为了防止干扰对数据分析产生影响，需对波形进行一定的处理。硬件上可以在传感器的输入和地之间接一个小电容滤除高频噪声，经检验效果良好。软件上则可以使用LabVIEW提供的滤波器对传感器信号进行数字滤波。由于对方波信号进行滤波必然会使波形发生一定的改变，因此滤波的目的是衰减干扰信号幅值，同时对正常的方波信号造成较小影响。这里选择了一阶Butterworth低通滤波器，之所以选择一阶，因为阶数越高，过渡带就越陡，而需要的方波信号中同样包含高频分量，因此阶数越高，方波的变形就越大，同时也会造成相位移动，这对于要进行延迟时间的获取是不利的。试验证明，使用高阶滤波器，将会使正常的方波波形产生失真，在上升和下降沿处出现尖峰。
5 结束语
使用LabVIEW虚拟仪器图形编程语言组建的舵机测试系统，利用“软件就是仪器”的技术方法，减少了测试中的硬件设备，改变了以往测试仪器的操作方式，仪器面板简洁明了，人机交互性强。在前面板上进行操作，避免误操作造成的物理损坏。这说明使用LabVIEW开发出的虚拟仪器大大提高了测试效率和使用的经济效益。该测试系统已通过验收，性能符合要求。
本文作者创新点：采用虚拟仪器领域中最具有代表性的图形化语言LabVIEW作为开发平台，其人机界面友好，功能强大;开发效率高、可维护性强;测试精度、稳定性和可靠性能得到充分保证;具有很高的性能价格比，节省投资，适合测控领域的计算机编程。该系统编制的测试软件实现信号的产生、采集、波形的显示、回放、数据的存储、打印、分析以及实用友好的用户界面等功能。总的说来，本测试系统具有以下特点：操作简便、功能完备、可靠性高、通用性强、成本低廉。
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