某试验平台多参数监测体系软件构设

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1、某试验平台多参数监测体系软件构设1绪论1.1课题研究的背景和意义现代战场对武器装备的可靠性、稳定性等性能的要求越来越高。武器装备在研制过程中可通过计算机相关技术建立数字虚拟样机，经过分析、计算、仿真等过程评估其相关性能。但武器装备的实际使用环境比较恶劣，仅通过计算机的仿真分析并不能够保证武器装备在实际使用过程中的稳定性、可靠性及其他性能达到设计要求。因此，需要在仿真设计完成后，制造原理样机，通过对原理样机的试验测试，评估样机的性能及其他指标参数。根据对原理样机的测试结果对武器装备的设计提出改进方案，提高武器装备的可靠性与稳定性。本课题针对

2、某型自动转管炮的原理样机设计一套监测系统的软件。该自动转管炮用于近程末端防御，通过两台大功率的交流伺服电机分别控制炮身的倾角和炮管的旋转，达到连续发射炮弹的效果。通过旋转编码器测量转管的转角与倾角，旋转编码器的输出作为位置反馈接入到电机的驱动器端，形成闭环控制系统，达到角度准确控制的目的。将惯性组合测量单元(IMU)装入模拟弹中，测量弹体从装弹到抛壳过程中的运动轨迹及姿态，用于反应装弹转置与击发装置的运动规律及性能。本课题设计的监测软件的功能是将安装在自动转管炮的各关键部位的传感器测量到的数据读取到上位机中，并对传感器数据处理分析、显示存

3、储，通过对传感器数据的处理分析，评估自动转管炮的性能，为改进升级提供参考及数据依据。..1.2国内外发展现状针对武器装备的性能参数的监测，国内外还是较多的使用功能强大设计灵活的虚拟仪器技术，并结合可视化技术，将监测的参数实时多样地呈现在用户面前。根据需要监测的参数，运用虚拟仪器技术设计具有针对性的监测软件，能够较好的完成对装备性能监测、分析、评估的任务。虚拟仪器(VI，VirtualInstrument)技术是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用[2]，该概念是20世纪80年代由美国NI(Natio

4、nalInstrument)公司率先提出来的[3]，虚拟仪器是在计算机和相应的软件的基础上，通过与计算机相连的数据采集板(DAQ)或模块化仪器、传感器构成的测试仪器，具有采集、处理、分析、显示、存储及打印等功能。虚拟仪器相较于传统仪器具有设计灵活方便、维护成本低、人机交互界面友好等特点。虚拟仪器通过开发平台设计，用户可以根据自己的实际需要，设计出友好方便、美观灵活的交互界面，在一台计算机上可以设计多个包含多个功能的虚拟仪器，大大降低了用户的设备成本，且其维护成本相对于传统的仪器要低得多。虚拟仪器在其出现的这30多年的时间里已取得了巨大的发

5、展，其在将来也会不断地完善和发展。2软件需求分析与总体设计方案2.1系统硬件概述本课题中的试验平台的主体是自动转管炮，自动转管炮的炮身包含有多个炮管，转管炮炮身的旋转由一台大功率的交流伺服电机驱动，当炮管旋转到指定位置时击发炮弹，形成连续密集的火力，用于近程防御。转管炮炮身的倾角由另一台交流伺服电机控制。通过两个旋转编码器测量炮身的转角与倾角，作为反馈信号接到电机驱动器，形成闭环控制回路，精确控制炮身的转角与倾角。转管炮的主要动力是大功率的交流伺服电机，所以在炮身转动的过程中，电机驱动器的电气参数也是需要监测的重要参数，本设计中通过三相电

6、力分析仪监测电机驱动器的电气参数，回传到上位机，通过监测软件实时显示电机驱动器的电气参数。自动转管炮要实现快速装弹击发，但是在装弹的过程中非常容易出现炮弹卡在膛内的现象，本课题的另一个重要的设计任务就是记录从装弹到抛壳整个过程中弹体的运动轨迹与运动姿态，找出炮弹卡在膛内的原因，为转管炮的改进提供可靠性的数据依据。因此，通过装在模拟弹内的IMU测量弹体的整个运动过程的轨迹与姿态，通过事后解算分析，得出弹体的运动路线和姿态。监测系统中各传感器的分布示意如图2.1所示。根据系统需要测量的参数选择适当的测量装置，监测系统要准确测得转动结构的转角、

7、转速、倾角及俯仰运动角速度，因此选用具有较高精度的旋转编码器能够准确测出角度信息，使用能够直接输出位置信息的绝对式旋转编码器，其精度可以达到±20角分，转速信息通过对编码器输出的位置信息的积分获得；电机驱动器端反馈的±10V模拟电压信号与电机的额定转速呈线性关系，通过该电压信号可以计算出电机当前的转速，由于该信号是模拟信号，所以在将信号送到上位机前，需经过采集电路做数字化处理，转换成数字信号；电机的电气参数使用三相电力分析仪测量，通过串口将电气参数传输上位机；通过装于模拟弹内部的IMU测量模拟弹从装弹到抛壳整个

8、过程的运动轨迹与运动姿态，IMU测量到的数据通过事后读取的方式传输到上位机。系统中监测的参数见表2.1。2.2软件需求分析软件需求分析是软件设计的关键部分，具体、清晰、准确的软件需求分析能够确