電動舵機(jī)自動測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、電動舵機(jī)自動測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)年卷第期 劉 英 段富海， 楊 勇 （西北師范大學(xué)數(shù)學(xué)與信息工程學(xué)院，甘肅蘭州；蘭州飛行控制有限責(zé)任公司航空技術(shù)中心，甘肅蘭州） 摘 要 結(jié)合某系列并聯(lián)電動舵機(jī)的特性，介紹了舵機(jī)自動測試系統(tǒng)的硬件組成、功能測試項(xiàng)目和軟件結(jié)構(gòu)，分析了自動測試系統(tǒng)的主要技術(shù)特點(diǎn)，并重點(diǎn)闡述了系統(tǒng)開發(fā)過程中關(guān)注的幾點(diǎn)問題。使用結(jié)果表明：該系統(tǒng)功能強(qiáng)大，可靠性高，滿足設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞：電動舵機(jī)，自動測試系統(tǒng) ， ：， 電動舵機(jī)是飛機(jī)飛控系統(tǒng)的伺服執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用以驅(qū)動飛機(jī)舵面的偏轉(zhuǎn)，從而控制飛機(jī)的飛行狀態(tài)。并聯(lián)式舵機(jī)與飛機(jī)操縱系統(tǒng)并行聯(lián)接，對飛機(jī)的操縱性和安全性具有重要影

2、響。雖然各種各樣的很多，但并聯(lián)式電動舵機(jī)這種特殊關(guān)鍵機(jī)電產(chǎn)品的專用測試設(shè)備有其特殊性，經(jīng)查詢沒有針對并聯(lián)式電動舵機(jī)測試系統(tǒng)的專門報(bào)道。 并聯(lián)電動舵機(jī)自動測試系統(tǒng)由工控計(jì)算機(jī)、力矩自動加載系統(tǒng)、顯示器、角位移傳感器、舵機(jī)控制器、電源、接口板和控制機(jī)柜等設(shè)備組成，能夠完成電動舵機(jī)的部件測試和整體性能測數(shù)據(jù)實(shí)時采集、存儲和處理。試，能夠?qū)崿F(xiàn)多項(xiàng)指標(biāo)的自動測試、 自動測試系統(tǒng)根據(jù)測試流程測量舵機(jī)各信號，并將測量結(jié)果存放到測試數(shù)據(jù)庫中，通過對舵機(jī)測試激勵信號的模擬和對舵機(jī)響應(yīng)信號的綜合分析處理，取得舵機(jī)的特征信息，通過故障診斷系統(tǒng)確定舵機(jī)是否滿足設(shè)計(jì)要求。 測試軟件用于向舵機(jī)提供必要的電源、激勵和負(fù)載，

3、來模擬舵機(jī)實(shí)際工作環(huán)境，控制舵機(jī)按照給定規(guī)律運(yùn)動，同時采集舵機(jī)的位移和輸出力信號，計(jì)算舵機(jī)的靜動態(tài)性能指標(biāo)，完成模擬量信號的激勵、采集、比較檢查和顯示，離散量信號的激勵、采集、比較檢查和顯示以及串行口數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。 集板上的各種芯片。 ）數(shù)據(jù)接口模塊：采用高速雙口靜態(tài) 存儲器，實(shí)現(xiàn)工控機(jī)與單片機(jī)之間的通信。 圖舵機(jī)自動測試系統(tǒng)組成框圖 ）大功率電源：系統(tǒng)電源為調(diào)理板提供多路直流電源，為舵 機(jī)提供大功率直流電源。采用的電源都具有接口，且全 部為智能程控電源，具有自檢測、在線檢控和數(shù)據(jù)回讀能力。 ）調(diào)理驅(qū)動板：為提高測試信號的可靠性，需要對某些信號 進(jìn)行驅(qū)動、調(diào)理，使測試計(jì)算機(jī)的信號與舵機(jī)實(shí)際信

4、號相對應(yīng)，同時該調(diào)理板對某些信號進(jìn)行隔離及各種控制。 ）力矩自動加載臺：力矩自動加載臺是計(jì)算機(jī)控制的液壓 加載裝置，主要用于飛機(jī)操縱桿系動力學(xué)響應(yīng)的仿真，模擬飛機(jī)空氣動力造成的鉸鏈力矩和舵面慣量，將舵機(jī)承受的載荷設(shè)計(jì)成舵面偏轉(zhuǎn)角等變量的函數(shù)，實(shí)現(xiàn)任意載荷譜的自動動態(tài)加載。 系統(tǒng)硬件組成 考慮到可靠性、開放性、擴(kuò)展性和標(biāo)準(zhǔn)化以及在速度和功能 上的要求，舵機(jī)自動測試系統(tǒng)采用總線構(gòu)造。由工控機(jī)、采集模塊（）、微處理器模塊（）、數(shù)據(jù)接口模塊、大功率電源、力矩自動加載臺、接口調(diào)理板、角位移傳感器和打印機(jī)組成。系統(tǒng)組成如圖所示。 ）角位移傳感器：測量并聯(lián)舵機(jī)的偏轉(zhuǎn)角位移輸出，并轉(zhuǎn)換 成數(shù)字信號給測試計(jì)算機(jī)

5、。 功能測試項(xiàng)目 舵機(jī)測試系統(tǒng)通過對舵機(jī)測試激勵信號的模擬和對舵機(jī)輸 ）工控計(jì)算機(jī)：采用芯片組、 雙網(wǎng)絡(luò)控制器、 芯片和驅(qū)動器。 ）采集模塊：采用的模塊是具有路差動輸入的位數(shù)據(jù)采集卡，內(nèi)含自校正轉(zhuǎn)換器，二階調(diào)制器，而 且具有可編程數(shù)字濾波器和微處理器，主要實(shí)現(xiàn)對舵機(jī)電源的監(jiān)控及舵機(jī)部分信號的采集。 出響應(yīng)信號的綜合分析，確定舵機(jī)是否滿足設(shè)計(jì)要求。測試系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多項(xiàng)指標(biāo)的自動測試、數(shù)據(jù)實(shí)時采集和存儲，并通過故障診斷系統(tǒng)對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，生成測試報(bào)告。當(dāng)測試數(shù)據(jù)超出閾值時，要求在規(guī)定的時間內(nèi)對舵機(jī)斷電，退出測試系統(tǒng)，做相應(yīng)處理并判斷出現(xiàn)故障的可能原因。 測試系統(tǒng)主要測試舵機(jī)機(jī)械性能和電氣性能，

6、既可進(jìn)行電動舵機(jī)的整體測試，又可實(shí)現(xiàn)舵機(jī)主要構(gòu)成組件的測試。通過力矩自動加載臺改變測試力矩，產(chǎn)生舵機(jī)的激勵信號，同時測試舵機(jī)的響應(yīng)信號，將舵機(jī)的響應(yīng)信號與技術(shù)規(guī)范數(shù)據(jù)比對得到相 ）微處理器模塊：采用單片機(jī)模塊，最大晶振頻率 為，實(shí)現(xiàn)對模擬信號的采集控制、輸出以及驅(qū)動、控制采 應(yīng)的測試結(jié)果。主要測試項(xiàng)目有：舵機(jī)轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速、電源消耗、彈簧門限、彈簧鋼度、最大力矩、微動開度、阻尼速度、離合器滑動、機(jī)械間隙、靜摩擦力、位置反饋電位計(jì)等。 用的數(shù)據(jù)庫類型是。對于，微軟提供了專門的 數(shù)據(jù)引擎。是一種編程接口，它能使應(yīng)用程序以結(jié)構(gòu) 化查詢語言（）去訪問標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。本文正是基于這 種思路實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)動態(tài)的打

7、開和顯示。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 測試系統(tǒng)軟件分為兩大模塊：測控應(yīng)用軟件和測控卡應(yīng)用 ）提高系統(tǒng)可靠性。為了使采集到的數(shù)據(jù)可靠性高，地線要 盡量短而粗，數(shù)字地和模擬地要分開布線，并要在一點(diǎn)匯合，模擬地可分布在芯片的下面，但數(shù)字信號應(yīng)避免在 軟件。測控應(yīng)用軟件也就是工控機(jī)應(yīng)用軟件，以為開發(fā)環(huán)境，通過總線訪問測控卡上的雙口，輸出控制指令信號，控制舵機(jī)指標(biāo)的自動測試。通過串口發(fā)送指令控制電源，同時從雙口讀取舵機(jī)的響應(yīng)信號，再通過測試程序?qū)⒍鏅C(jī)的相應(yīng)信號與技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)比對，實(shí)時的存儲所有測試數(shù)據(jù)，在出現(xiàn)異常的情況下對舵機(jī)及時的做出相應(yīng)處理。測控卡應(yīng)用軟件即單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)部分，它是在 芯片的下面，時鐘信號要用數(shù)

8、字地屏蔽，輸入的模擬信 號要用模擬地屏蔽。 ）舵機(jī)安全性保證。由于對舵機(jī)上電的瞬間舵機(jī)內(nèi)部限流 模塊的工作需要一個過程，在它還未達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的時候，上電過程所產(chǎn)生的部分電流會對舵機(jī)造成很嚴(yán)重的損害，為了防止此電流對舵機(jī)的影響，我們要先對舵機(jī)內(nèi)部電源上電，當(dāng)內(nèi)部電源穩(wěn)定后再對整個舵機(jī)模塊上電，這樣就可以保證舵機(jī)的安全。同時要實(shí)時的監(jiān)控供電電源的電壓和電流值，如果出現(xiàn)超出閾值范圍的值則立即終止檢測并斷電。 ）抗干擾處理。由于測試信號的干擾信號影響對指標(biāo)的分 析，我們用軟件進(jìn)行濾波。因?yàn)橛杏眯盘柕念l率均較低，而噪音或干擾信號的頻率較高，所以采用低通數(shù)字濾波器可濾除大多數(shù)的干擾信號。 環(huán)境下用和結(jié)合開

9、發(fā)的，主要 實(shí)現(xiàn)各種板卡的編程控制，與測控應(yīng)用軟件一起完成整個測試過程。軟件測試流程如圖。 圖 測試軟件設(shè)計(jì)流程圖 ）故障診斷系統(tǒng)。故障診斷專家系統(tǒng)主要完成測試軟件所 不能完成的故障診斷和故障定位功能。自動測試系統(tǒng)是基礎(chǔ)，該系統(tǒng)將測試結(jié)果存入測試數(shù)據(jù)庫中。故障診斷專家系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)存取技術(shù)將測試數(shù)據(jù)庫中各個數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中的相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，若兩者一致，則可以得到單機(jī)正常的結(jié)論，否則進(jìn)自動測試系入故障診斷專家系統(tǒng)，利用專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)故障定位。 統(tǒng)為故障診斷專家系統(tǒng)提供入口參數(shù)，激活某個知識對象進(jìn)行信息處理，當(dāng)此對象在處理相應(yīng)的消息時，又可傳遞信息激活其他知識對象，完成某些處理工作或回答某些信息，

10、進(jìn)入故障診斷系統(tǒng)后則按照專家系統(tǒng)的推理機(jī)制進(jìn)行進(jìn)一步的推理，如此下去，直到問題解決，從而自動實(shí)現(xiàn)故障定位和故障診斷。 參考文獻(xiàn) 段富海，韓崇昭基于總線的直升機(jī)駕駛儀綜合自動測試系統(tǒng) 主要技術(shù)特點(diǎn) ）測試系統(tǒng)采用虛擬儀器技術(shù)。測試平臺提供大量儀器面 板控制，可替代專用儀器，虛擬面板上的所有指示量可實(shí)時刷新。這樣大大提高了測控系統(tǒng)的方便性和靈活性，節(jié)約了測試設(shè)備的硬件成本。 ）采用觸摸屏技術(shù)，使人機(jī)對話界面簡單直觀，對非專業(yè)人 員能夠達(dá)到“即看即用”之效果。 ）采用舵機(jī)系列產(chǎn)品自動識別技術(shù)，在誤操作情況下，可自 動告警并停止測試，以防損壞舵機(jī)。 設(shè)計(jì)中關(guān)注的問題 ）提高數(shù)據(jù)和信息的系統(tǒng)化和規(guī)范化。

11、在設(shè)計(jì)中面對大量 的數(shù)據(jù)，若以文件的方式組織數(shù)據(jù)，就顯得非常復(fù)雜和困 難，并且不能簡便有效的維護(hù)和擴(kuò)充數(shù)據(jù)，因此采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，將各種數(shù)據(jù)和信息系統(tǒng)化、規(guī)范化。在系統(tǒng)中，常 儀器儀表學(xué)報(bào)，（）增刊： 宋宇峰逐步深入與開發(fā)實(shí)例北京：機(jī)械工 業(yè)出版社， 收稿日期： （上接） ! 善了監(jiān)控功能，保障了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 給其他程序塊使用，并輸出通訊故障報(bào)警信號。梯形圖程序如圖。 結(jié)束語 本文建立了分析控制系統(tǒng)的串口通訊，通過對通 程序運(yùn)行分析 上述由和梯形圖編寫的兩段程序，構(gòu)成了一對一控制系統(tǒng)的串口通訊監(jiān)控。的串口通訊監(jiān)控程序運(yùn)行于整個控制系統(tǒng)監(jiān)控程序的后臺，每秒向發(fā)出定時器清零指令，并接收返回的應(yīng)答信息，借此來判斷系統(tǒng)串口通訊 的狀態(tài)，如果連續(xù)發(fā)生三次收不到信息或是收到信息有誤，則會置位通訊故障變量并在系統(tǒng)監(jiān)控程序界面上顯示對話框，報(bào)出相應(yīng)錯誤；運(yùn)行于中的串口通訊監(jiān)控程序，會監(jiān)視定時器的清零操作，當(dāng)通訊錯誤延續(xù)到定時器發(fā)生溢出時，通訊故障連鎖點(diǎn)就會被置位，其它的用戶程序塊就會利用故障連鎖，實(shí)現(xiàn)通訊故障的響應(yīng)，同時報(bào)出通訊故障報(bào)警指示。從而實(shí)現(xiàn)了和端對串口通訊故障的全方位監(jiān)控和響應(yīng)，完