張廣明，鄭先成，張曉斌

(西北工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，西安　710129)

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基于LabVIEW&DIAdem的飛機(jī)電源測試系統(tǒng)

張廣明，鄭先成，張曉斌

(西北工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，西安710129)

試驗(yàn)環(huán)節(jié)是產(chǎn)品研制生命周期中的重要環(huán)節(jié)，但是一直以來都缺乏有效的管理手段，在整個(gè)測試階段都存在大量的人為的、重復(fù)性的工作，導(dǎo)致試驗(yàn)效率低下，為改善這一現(xiàn)狀，提高試驗(yàn)效率，提出了一種基于PXIe數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，借助LabVIEW和DIAdem軟件的測試系統(tǒng)解決方案：以LabVIEW控制數(shù)據(jù)高速同步采集，DIAdem調(diào)用LabVIEW模塊執(zhí)行算法分析，通過軟件集成，實(shí)現(xiàn)對測試系統(tǒng)的全面管理，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)分析、報(bào)表生成及整個(gè)流程的自動(dòng)化控制；以C919飛機(jī)電源測試系統(tǒng)為介紹對象，對該套測試系統(tǒng)解決方案進(jìn)行闡述，實(shí)際測試情況表明，在數(shù)據(jù)吞吐率大于200 M/s的情況下，相對傳統(tǒng)測試方法，該測試方案在保證測試精度的基礎(chǔ)上,極大的提高了試驗(yàn)效率,極大的提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性。

飛機(jī)電源測試;同步采集；軟件集成；自動(dòng)

0　引言

飛機(jī)電源系統(tǒng)是飛機(jī)機(jī)載設(shè)備的重要組成部分。飛機(jī)電源系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理的最大挑戰(zhàn)來自于海量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分類檢索、復(fù)雜的算法分析、重復(fù)性的操作以及專業(yè)報(bào)表的生成等[1]。如果沒有一套有效的測試系統(tǒng)解決方案，將會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)管理人員效率低下，無法對問題的根源進(jìn)行追溯。因此有必要設(shè)計(jì)合理有效的測試方案對飛機(jī)電源系統(tǒng)測試進(jìn)行科學(xué)的管理?；谟?jì)算機(jī)集成制造的理念，采用虛擬儀器技術(shù)，論文提出了一種高效的試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理方案，并以飛機(jī)電源測試系統(tǒng)為介紹對象，闡述測試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，并對同步采集、軟件集成、自動(dòng)化等關(guān)鍵技術(shù)做詳盡的闡述。

1　系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

飛機(jī)電源測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量最大可能達(dá)350 MB/s，為滿足高速數(shù)據(jù)吞吐率的要求，本系統(tǒng)選用美國NI公司的PXI express測試總線平臺(tái)，測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理工作通過LabVIEW和DIAdem軟件實(shí)現(xiàn)。

測試系統(tǒng)的硬件原理框圖如圖1所示，該測試系統(tǒng)由信號(hào)調(diào)理器與傳感器、PXIe數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(包括PXIe機(jī)箱、嵌入式控制器、存儲(chǔ)控制器、數(shù)據(jù)采集模塊以及時(shí)鐘同步卡等)。選擇PXIe-8133作為控制器，機(jī)箱采用18槽3UPXIe-1075,數(shù)據(jù)采集模塊為PXIe-6368及相關(guān)信號(hào)調(diào)理模塊，通過PXI-6672時(shí)鐘卡實(shí)現(xiàn)多機(jī)箱時(shí)鐘同步，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)選擇HDD-8264存儲(chǔ)器。通過以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)資源共享。

圖1　飛機(jī)電源測試系統(tǒng)硬件原理框圖

測試系統(tǒng)通過LabVIEW和DIAdem軟件實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的管理。圖2所示為測試系統(tǒng)軟件架構(gòu)，LabVIEW完成數(shù)據(jù)高速同步采集，實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)；DIAdem調(diào)用LabVIEW分析功能模塊，實(shí)現(xiàn)軟件集成，并結(jié)合自身的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)分析、報(bào)表生成的自動(dòng)化。

圖2　飛機(jī)電源測試系統(tǒng)軟件架構(gòu)

2　關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

基于系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，分別闡述同步采集技術(shù)、軟件集成以及自動(dòng)化等關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理。

2.1同步采集

數(shù)據(jù)采集是產(chǎn)品試驗(yàn)必不可少的環(huán)節(jié)，不同產(chǎn)品不同環(huán)節(jié)的測試對數(shù)據(jù)采集提出了差異化的要求，因此要求數(shù)據(jù)采集軟件可以根據(jù)實(shí)際需求自主構(gòu)建和維護(hù)。借助LabVIEW軟件，結(jié)合PXIe數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。GJB181A對測試通道以及測試數(shù)據(jù)的空間和時(shí)間性提出了嚴(yán)格的要求。測試系統(tǒng)包含數(shù)套PXIe數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，為保證測試點(diǎn)嚴(yán)格同步，需要保證每個(gè)PXI機(jī)箱、PXI機(jī)箱內(nèi)部以及板卡內(nèi)部通道之間的同步，因此開發(fā)了機(jī)箱同步采集軟件，圖3所示為主從同步觸發(fā)原理圖，在同一同步時(shí)鐘基礎(chǔ)上，當(dāng)觸發(fā)外部異步觸發(fā)信號(hào)(給主同步)給主同步裝置時(shí)主同步裝置不會(huì)立即產(chǎn)生采樣時(shí)鐘，而是通過同步路由會(huì)在當(dāng)前同步時(shí)鐘脈沖的下降沿，產(chǎn)生一個(gè)長度為一個(gè)同步時(shí)鐘周期的同步觸發(fā)信號(hào)(主同步發(fā)出)并發(fā)送給主從同步觸發(fā)裝置。在同一個(gè)同步參考時(shí)鐘下，從同步觸發(fā)裝置只能在下一個(gè)同步時(shí)鐘脈沖周期內(nèi)接收到同步觸發(fā)信號(hào)(從同步裝置接收)，而主同步裝置也會(huì)在下一個(gè)同步時(shí)鐘脈沖開始工作，這就使得主從同步裝置接收到的觸發(fā)信號(hào)在時(shí)間上是無差別的。

圖3　主從同步觸發(fā)原理圖

圖4　機(jī)箱同步流程及實(shí)際采集圖像對比

圖4所示為機(jī)箱同步流程及實(shí)際主從機(jī)箱采集數(shù)據(jù)對比圖，通過時(shí)鐘模塊將主同步卡時(shí)鐘路由到從同步卡，這樣機(jī)箱便有相同的時(shí)鐘，利用觸發(fā)源模塊讓供電特性測試機(jī)箱上的主同步卡發(fā)出一個(gè)數(shù)字信號(hào)，通過同步觸發(fā)連接模塊路由到從同步卡，通過機(jī)箱背板星形觸發(fā)總線將信號(hào)傳給采集卡開始同步采集。由實(shí)際采集數(shù)據(jù)放大0點(diǎn)觀察并計(jì)算得出，2 M/s采樣率下主從機(jī)箱誤差在40 ns，從機(jī)箱間誤差在3 ns左右，同一板卡不同通道間誤差在1 ns左右，完全滿足GJB181A的要求。

2.2軟件集成

GJB181A定義了對飛機(jī)供電特性和對用電設(shè)備的要求，完整的飛機(jī)電源試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析功能包括直流穩(wěn)態(tài)、直流瞬態(tài)、交流穩(wěn)態(tài)和交流瞬態(tài)分析，DIAdem的編程環(huán)境為VB腳本語言，完成全部GJB181A分析功能，模塊化編程，保守估計(jì)代碼量>3 000行，開發(fā)周期長，可靠性難以保證，而在LabVIEW圖形化編程環(huán)境中借助豐富函數(shù)及相關(guān)模塊工具包實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的參數(shù)分析任務(wù)，開發(fā)周期短，可靠性和分析精度都相對要高，因此測試系統(tǒng)解決方案選擇在LabVIEW中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析功能，圖5所示為飛機(jī)電源測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析功能模塊框圖，數(shù)據(jù)分析功能模塊由交流電源測試數(shù)據(jù)分析模塊以及直流電源測試數(shù)據(jù)分析模塊組成。

圖5　飛機(jī)電源測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析功能模塊框圖

為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)分析和報(bào)表生成等數(shù)據(jù)管理功能的的自動(dòng)化，需要在DIAdem中調(diào)用LabVIEW分析功能模塊，這里用到COM組件技術(shù)。DIAdem中調(diào)用LabVIEW分析模塊過程如圖6所示,首先需要將LabVIEW分析模塊VI封裝成動(dòng)態(tài)鏈接庫(DLL)文件，軟件集成要求DLL文件符合COM標(biāo)準(zhǔn)，然而LabVIEW并不支持直接生成COM組件，因此需要對生成的DLL的輸入輸出變量以及函數(shù)進(jìn)行COM注冊。COM注冊有多種方式，本文選擇的注冊環(huán)境為VS2008(.NET3.5)，編程語言選擇C#[4]。值得說明的是，DIAdem的VB腳本環(huán)境讀取的通道波形數(shù)據(jù)不是嚴(yán)格的double類型(double是LabVIEW分析模塊的輸入數(shù)據(jù)類型)，因此選擇在VS2008中再次封裝DLL(已進(jìn)行COM注冊)，強(qiáng)制將DIAdem波形數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換為C#元數(shù)據(jù)類型object，又由于LabVIEW生成的.NET互操作程序集提供的接口定義為標(biāo)準(zhǔn)的double類型，因此需要在C#中再進(jìn)行一次強(qiáng)制轉(zhuǎn)換重新變?yōu)閐ouble類型，以符合.NET互操作程序集的接口要求。

圖6　DIAdem調(diào)用LabVIEW分析模塊流程

2.3自動(dòng)化控制

DIAdem通過VBS調(diào)用自身數(shù)據(jù)管理功能和外部程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)分析、報(bào)表生成等數(shù)據(jù)管理流程的自動(dòng)化，簡化了試驗(yàn)流程。圖7所示為VBS數(shù)據(jù)管理流程，選擇分析時(shí)間段、通道、分析參數(shù)以及報(bào)表模板，在滿足分析參數(shù)對通道數(shù)量和時(shí)間長度的要求下，“一鍵”批量生成報(bào)表。

3　實(shí)驗(yàn)成果

測試系統(tǒng)包括3個(gè)機(jī)箱，每機(jī)箱配置磁盤陣列、嵌入式控制器、信號(hào)調(diào)理箱各一個(gè)；圖8所示為實(shí)際數(shù)據(jù)管理界面以及某次單相穩(wěn)態(tài)測試報(bào)表。

4　結(jié)論

基于PXIe數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，采用LabVIEW和DIAdem進(jìn)行測試管理的測試系統(tǒng)解決方案實(shí)現(xiàn)了對飛機(jī)電源試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化管理，通過時(shí)鐘同步技術(shù)解決了多機(jī)箱多通道高度同步采集的問題，通過COM組件技術(shù)和流程管理解決了軟件集成的問題，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)分析、報(bào)表生成等數(shù)據(jù)管理功能的一體化和自動(dòng)化。從實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場實(shí)際測試效果來看，該數(shù)據(jù)管理方案很大程度上提高了試驗(yàn)效率，減輕了試驗(yàn)人員的壓力，且具備較高的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。

圖7　VBS數(shù)據(jù)管理流程

圖8　數(shù)據(jù)管理界面及某次實(shí)驗(yàn)生成報(bào)表

[1] 試驗(yàn)數(shù)據(jù)所面臨的問題與挑戰(zhàn)[EB/OL].http://www.hikeytech.com.

[2] Newtera試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理解決方案[EB/OL]http://www.newtera.com/data-management.shtml.

[3] 梁青陽,董恩生,董永貴,等. 基于虛擬儀器的飛機(jī)電源綜合測試系統(tǒng)的研究[J]. 儀器儀表學(xué)報(bào),2007,28(12): 2202-2205.

[4] 李杰,林財(cái)興,謝甘第. 基于.NET 平臺(tái)的試飛試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 機(jī)電一體化,2006(3): 003.

Aircraft Electric Power Source Test System Based on LabVIEW and DIAdem

Zhang Guangming,Zheng Xiancheng,Zhang Xiaobin

(College of Automation,Northwestern Polytechnical University,Xi′an710129,China)

The Test process is an important link in the product development cycle,however,there has been the lack of effective management，throughout the testing phase，there exists a lot of artificial,repetitive work which lead to low test efficiency.For the purpose of improve efficiency,an advanced test solution is put forward based on PXIe data acquisition system by hardware,LabVIEW and DIAdem by software:LabVIEW takes control of high speed synchronous data acquisition;DIAdem calls the data analysis function compiled by LabVIEW to accomplish the integration of data acquisition、data playback、data analysis、report generation and the automation of links above.In this paper,the C919 power supply test system is introduced to describe the solution,the test results show that,in the case data throughput is greater than 200M/s,this solution improves test efficiency、system scalability、system maintainability greatly,while accuracy is guaranteed.

aircraft electric power source test; synchronous data acquisition; software integration;automation

1671-4598(2016)04-0016-03DOI：10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.04.005

TP274

A

2015-02-26；

2015-04-20。

張廣明(1989-)，男，江蘇連云港人，碩士研究生，主要從事電氣測試方向的研究。

鄭先成(1977-)，男，河南信陽人，副教授，主要從事虛擬儀器與分布式測試技術(shù)，嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究。