基于labview的直升机舵机加载测试系统设计

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1、基于LabVIEW的直升机舵机加载测试系统设计-电气论文基于LabVIEW的直升机舵机加载测试系统设计刘强，段富海，兰雪（大连理工大学机械工程学院，辽宁大连116023）摘要：针对某型号直升机4个通道的舵机，使用PXI系统和LabVIEW编程语言建立了一套自动加载测试系统。该系统可以实现加载电机和舵机控制信号的产生、加载扭矩的闭环控制、多通道连续数据采集、测试数据的实时显示和存储以及报表打印等功能。详细介绍了硬件结构、软件设计及控制功能的具体实现。实际测试结果表明，系统在保证测试精度的同时，大大提高了测试效率。关键词：舵机；LabVIEW

2、；PXI；自动测试；数据采集中图分类号：TN912.202?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2015）14?0113?03收稿日期：2015?01?05直升机舵机是控制直升机姿态、航向和高度的执行机构，通过对其转角、转速和转向进行精准控制，带动直升机尾桨和旋翼桨叶偏转，完成对直升机的飞行控制。舵机性能对直升机飞行控制有着直接影响，因此对舵机性能指标进行严格的测试具有重要意义。传统的手动加载测试仪器繁杂，且不能实现任意力矩函数加载，测试过程中的不当操作容易产生很大的偏差。利用PXI平台配套相应的数据采集卡和专用扭矩传感器，能

3、够很方便地搭建基于LabVIEW虚拟仪器技术的测试系统。虚拟仪器技术利用高性能的模块化硬件结合高效灵活的软件完成测试任务，与传统测试系统相比，它缩短了研发周期，效率更高，灵活性更强，便于系统升级，其核心思想是用软件来实现硬件的功能。NI公司推出的图形化开发环境LabVIEW为用户提供了很多功能强大的控件，利用它们用户可以搭建出界面友好、功能完备的专业测试平台。1硬件结构考虑测试系统测试成本、测试精度要求和开发速度等各方面因素，选用阿尔泰公司PXI机箱、PXI控制器和两块多功能数据采集卡作为控制和测量平台，由三相交流伺服电机、伺服驱动器、扭

4、矩传感器、编码器构成自动加载系统，整个测试系统的组成结构如图1所示。1.1PXI系统PXI系统由PXI?7683控制器和PXIC?7306机箱组成，机箱为6槽3U结构，除了控制器外，还可以插接5块采集卡，即插即用，扩展方便。PXI总线是在PCI总线内核技术基础上增加了成熟的技术规范和要求形成的，与VXI总线相比，成本较低，与GPIB总线相比则有更高的传输速度，适用于有实时性要求高的中小型测试系统[1]。采用LabVIEW的编程环境，预装了Windows7.0图形视窗操作系统。1.2数据采集卡采集卡的作用主要是进行信号采集和控制信号的输出。

5、舵机的正反转和内部离合器开关需要5路继电器，舵机电流、离合器电流以及扭矩数据采集需要3路A/D转换，对伺服电机的控制以及伺服状态监测则需要多路数字量输入和输出。考虑到以上因素，最终选择了PXI9606和PXI2307两块采集卡，前者主要用于模拟量采集和数字量输出以及定时计数，后者主要用于继电器输出和数字量输入。1.3加载电机电动加载常用的加载电机是力矩电机和伺服电机。力矩电机能输出很大力矩，但是体积大，转动惯量大，影响加载的准确性；而伺服电机一般采用空心杯形转子，转动惯量小，响应速度快[2]。系统选用了安川的交流伺服电机，能够满足测试最大

6、20N·m的扭矩加载要求。配套的伺服驱动器接收来自采集卡的模拟量信号，间接控制伺服电机的扭矩输出，输出扭矩与采集卡输出电压成正比。此外，驱动器输出编码器的三相脉冲信号，经过采集卡采集后可用以判断位移和转向。2软件设计按照软件的设计要求，在每一个功能模块的软件设计过程中，按照模块化和层次化的设计原则，根据自顶向下的设计方式，将整个软件分成若干模块，每个模块用一个或多个子VI去实现，这样可以很好地利用LabVIEW的子函数进行单独调试这一优势，大大提高软件的设计效率，同时方便代码重用和功能扩展。软件功能模块结构如图2所示。2.1系统设置模块的

7、设计系统设置的主要操作是读/写ini文件。由于4个通道舵机性能参数的标称值是不一样的，在软件启动后，会提示用户对舵机和测试项进行选择，软件会根据选择结果读取相应的配置文件，作为对最终测试结果的判断依据。此外，用户还可以在软件中修改起始文件，以适应舵机性能参数的调整。图3为读取起始文件的部分代码。2.2打印操作模块设计不像数据采集和仪器控制，LabVIEW自带的报表操作和数据打印并不是很强大，并且很多时候需要设计特定风格的报表，针对上述问题采用ActiveX控件。ActiveX控件是ActiveX组件的一个分类，是一个标准的用户接口元素，具

8、有“.OCX”文件扩展名或者可插入对象的文件，能够快速地把面板和对话框组装起来。用报表编辑器编辑出符合一定规范的报表，然后将其加载到主面板ReportX控件中，在程序中可以通过调用控件的属性节