| 基于伺服机构的动态测试系统 |
| 航天测控公司 黄玉龙 |
随着现在军事变革对武器系统的需求，现代武器系统装备结构越来越复杂，功能越来越完善，自动化程度越来越高，武器系统的性能得到了很大的提高[4]。但是也给武器系统的测试与故障维修带来很多的问题，例如：测试时间加长、使用和维护费用增加，使得基层战士操作和维护难度增加。 可编程导弹伺服机构模拟器以多种型号的导弹伺服机构原理为基础而设计的，目的是为了方便战士训练操作，同时也能够验证伺服机构的工作以及检验伺服机构测试软件的正确性。在实际的使用中也可以为伺服机构设计提供参考，提高设计水平。结合虚拟测试与故障诊断系统，实现对模拟器的测试并能够诊断故障位置，将故障定位到小的可换单元。 一、系统组成 整个系统包括两部分，硬件有导弹伺服机构模拟器、信号调理模块、VXI测试系统和测控计算机等组成，软件包括模拟器参数设定软件、测试诊断软件和数据打印输出软件。首先是使用模拟器设定软件对伺服机构模拟器设定参数，然后通过VXI仪器对模拟器进行测试，并同步输出测试结果，在另一个显示器同时显示故障位置和故障原因。系统如图1所示。
首先需要对伺服机构模拟器进行参数调试。通过设定不同的参数，模拟器能够模拟多种型号伺服机构。针对特定的型号，可以先将标准参数输入，然后通过比较输出、输入参数调整模拟器硬件，保证模拟器真正的反映需要模拟的对象。 控制计算机通过模拟器参数设定软件将模拟器设定为某一状态。模拟器设定软件提供了数字IO接口和LPT接口两种方式与模拟器通讯，在设定某型号伺服机构时，软件同时提供该型号的标准参数和可定制的故障参数设定。在设定好参数后，软件根据当前温度和的接口将设定的参数输入到模拟器，此时模拟器就处于准备测试状态了。 测试诊断软件基于航天测控中心研制的VITE（Virtual Instrument Test Environment，虚拟仪器测试环境）平台，VITE平台提供了测试流程TPS图形化编写、测试仪器配置和测试任务配置等功能。在此基础上，根据伺服机构测试的特点，定制了测试数据输出显示界面，能够在测试的同时能够根据测试数据判断故障位置以及故障原因，大大增加了故障诊断结果的直观性。 二、测试项目 测试的内容包括静态参数和动态参数，系统采用全数字化的测试方式，完成了对伺服机构零位、油面高度和充气压力、建压时间、电机电压和电流、速度特性、速度回环、位置回环以及频率特性等内容参数的测试。 （一）静态参数测试： 主要包括伺服机构极性检查、非工作零位、非工作气压、非工作油面的测试，由于静态参数均为单向缓变信号，所以采用一阶数字滤波的方法进行处理。通过使用A/D模块采集信号的固定点数，采样速度设定为100K/s。处理的关系式为：
其中N为采样的点数。 （二）动态参数测试
图 2 位置回环曲线 位置回环主要的参数有：正负大偏角、回环宽度、位置增益和线性度。给伺服机构输入正弦信号并采集伺服机构的位置信号输出，通过计算和处理就可以得到这些参数。其中比较难以计算和处理是位置增益。如图3中所示，位置回环中的饱和部分需要在一元线性回归处理前去掉，具体的算法在后面介绍。
图 3 速度回环曲线 ４.速度特性
图 4 频率特性曲线 三、数字信号处理算法
其中N为需要根据采样频率设定的点数，N必须小于采样频率，否则滤波后信号将有很大的失真。同时这个滤波算法的缺点是计算后的数据与原始数据产生一定的相位差，主要原因是：每次计算的当前点是后面N个点的平均值，对于正常的正弦曲线来说，就相当于将当前点后的第(N/2-1)点的数值作为当前点的数值，从而使得所有的点向前移动，产生了相位差。如图5所示，较粗的曲线为包含外界干扰的信号，较细的曲线为平滑滤波后的曲线，可以很明显的看出两条曲线存在相位差。
图 5 平滑滤波前后曲线对比 测试系统需要比较伺服机构的输入输出信号的相位差，因此不允许输出信号在滤波后有相位差，所以我们对这个算法进行了改进。解决方法是，使用高速A/D对输出信号采样，采样三个周期，然后对采样数据分别作正向和逆向两次平滑滤波，根据采样频率取中间一个周期信号，这样就能够保证了滤波后的信号与原始信号无相位差。
其中IN为输入信号，OUT为输出信号，N为一个周期内采样的点数。于是可以计算出输出信号的特征：
在计算频率特性的时候，需要计算在不同的频率输入信号下，输出信号对输入信号的响应特性，然后绘制频率特性曲线。 |
