伺服系统气动解锁机构测试系统设计与研究

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[摘要]针对某导弹伺服系统气动解锁机构，该机构用于导弹舵面的锁定与解锁，采用高压气源装置和压力采集技术建立一套测试系统，该系统通过PXI技术与LabWindows/CVI编程语言实现，完成气动解锁机构的性能测试与评估，实现了气源压力与解锁状态同步测试功能，文中详细介绍了系统组成、测试原理和软件组成。实验证明，该系统工作良好，具有一定创新性，已运用于产品研制中，提高了产品测试性和产品测试效率。

[关键词]伺服系统；解锁机构；压力采集；LabWindows/CVI

Design and research of the measure system about Servo unlock construction

Cao Muyun Chai Yongli

China airborne missile academy， LuYang 471009， Henan

Abstract：Considering the pneumatic unlock construction of some missile Servo，The construction is used in lock or unlock the missile Rudder，Build the measure systemused by the device of air supply and the technology of pressure acquisition， The system realized by the PXI and LabWindows/CVI programming language， Complete the test and evaluation of the unlock construction，Achieve synchronous test of the presure of air supply and unlock state， The consists of system、test principle、the consists of soft are detailed introduced in this paper。The experiment result proved that the system working regular ，Has certain innovation， The test equipment has been used in product developing，And improved the product testing and testing efficiency。

Keywords：Servo；Unlock construction；Pressure acquisition； LabWindows/CVI

引言

伺服系统是空空导弹的执行机构[1]，气动解锁机构用于舵面的锁定与解锁，气动解锁机构性能关系到导弹的可靠性和安全性，解锁机构是采用气压传动技术，利用气瓶的高压气体，通过管路和作动器，将锁定舵面的锁销打开，从而使舵面解锁[2]。这种解锁机构的优点是舵面几乎同时解锁、使用方便、能够给出解锁状态，并且解锁力大，缺点是气动解锁机构中火工品和高压气瓶均为一次性使用，无法在地面进行考核，而且解锁机构地面测试操作不够简便，本文提出一种可以准确评估伺服系统解锁机构性能和提高测试效率的测试系统方案。

1、系统组成

该测试系统基于美国NI公司的PXI总线平台构建，使系统在恶劣的环境下也具有很高的可靠性[3]，根据系统测试任务要求，按时序要求给出产品供电电源，测试系统首先通过RS-422通信卡给出产品自检指令，测试系统在规定时间内判断产品自检正常后，然后通过RS-422通信卡给出产品解锁指令，根据产品输出的解锁控制信号，按要求给出气源箱控制信号，实现伺服系统的解锁，同时采集产品解锁信号、解锁状态信号和解锁气源压力信号，实现对解锁机构性能的测试。

测试产品按接收指令完成指定动作，各动作信号通过电气接口输出到数据采集模块，数据由控制信号输出模块及计算机接收，最后由计算机控制系统进行实时存储、处理，同时显示处理结果。测试系统工作原理如图1所示。

根据系统要求，电气系统采用便携式结构，由系统电源和控制箱、专用PXI测控机箱、Agilent E3645A电源、2台GEN60-55-D电源、液晶显示器、键盘抽屉等组成，电控柜前面板组成示意如图2所示。

图1 测试系统工作原理框图

1―MKD-1117机架组件； 2―键盘抽屉； 3―PXI机箱；4―系统电源和控制箱

5―Agilent E3645A电源； 6―GEN60-55-D电源（2台）

图2 电控柜组成示意图

产品信号电源选用Agilent E3645A电源，输出电压0～35V可调，电流输出最大2.2A，通过GPIB接口完成对电源的控制、管理，产品功率供电电源选用2台TDK公司GEN60-55-D型直流电源，单台电源输出电压最大60V，最大工作电流55A，控制计算机通过GPIB接口进行通讯，完成电源输出参数、保护参数的设置，实现产品上电、下电及电源异常保护。

数字信号发生和通讯单元输出被测产品工作所需要的RS422数字信号，完成数字信号之间的通讯及信息交换，数字信号由计算机根据通信协议产生，通过RS422通讯接口卡把信号发送给被测产品，选用NI公司PXI-8433通讯卡，该通信卡具有的特性如下：

a）独立的两路发送和接收功能，发送、接收是全双工方式；

b）满足RS422协议数据格式；

c）发送、接收波特率为57b/s～2Mb/s可选。

产品进行测试时，数据采集单元需要实时采集电源电压、电流信号和各类模拟信号，采用NI公司PXI-6251多通道高速、高精度AD卡实现对测试信号的采集，A/D卡为16位输入分辨率，1.25MS/s （单通道）， 16路模拟输入的数据采集卡，满足产品的测试通道数和精度的要求。

2、气动控制单元设计

气动控制单元用于完成气动解锁机构的供气解锁，气动控制单元由气体开关阀、不锈钢管、管接头、压力表、高压气瓶及电磁阀等组成，为伺服系统的气动解锁机构提供动力，该气源控制单元具有电控解锁和手动解锁双重功能，其气路控制原理如图3所示。

图3 气路控制原理图

为实现产品的解锁性能测试，系统通过计算机板卡上的数字控制信号控制电磁阀的开闭，实现气路的打开或关闭动作，完成产品气动解锁，同时产品的解锁信号由PXI-6251A/D卡读回到计算机，其原理如图4所示。

图4 气动解锁原理框图

气动解锁机构最重要的两个性能指标是解锁时间和解锁压力，为了准确评估解锁机构性能，进行了以下设计工作。

2.1解锁时间测量设计

解锁时间是指计算机发出解锁信号与返回伺服系统解锁状态信号之间的时间差，如图2所示。解锁时间由A/D卡PXI-6251中的定时/计数器来完成，管脚CTR/AUX接解锁信号，管脚CTR/GATA接伺服系统解锁状态信号，两路的时间差即为解锁时间，测量误差小于0.1ms。

图5 解锁时间测量设计

2.2气源压力采集

气源压力由PXI-6251采集卡实时采集压电传感器的输出，然后经过计算得到，同时根据气源压力初始值到气源压力预定稳定值之间的时间差可以测试气源压力建立时间，如图3所示。

压电传感器是其中应用较广的一类传感器，主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电传感器具有结构简单、体积小、重量轻、功耗小、寿命长等优异的特点，非常适合测量动态的压力[4～6]，压力传感器用于气源压力的测试，压力传感器将压力信号转换成应变信号，再通过应变仪将其转换成电信号并放大输出给设备进行记录。

图6 气源压力建立时间设计

为了减少气路管道对气源压力建立时间的影响，需要压力传感器安装到尽可能接近被测产品的地方，压力传感器安装测试示意如图4所示，压力传感器通过一个三通直接安装到气路管道上。

图7 压力传感器安装测试示意图

3、系统软件组成

系统软件设计基于虚拟仪器原理，具有人机交互的友好界面、测试项目选择、菜单功能等特点，测控软件是整个测试系统的中枢，测控软件使用Windows XP操作系统，采用LabWindows/CVI编程，软件设计开发采用自顶向下的方法，全部模块化结构，便于维护和扩展，操作简单方便，有较高的自动化测试功能，生成符合标准化要求的测试结果文件，软件主要应包括以下几个功能模块：

a）电源管理模块。用于完成对功率电源电压和电流的设定，电源电流的监测和过流保护；

b）试验条件设置模块。用于完成诸如产品编号，试验温度，湿度，测试人员和测试日期等试验条件的设置；

c）气动解锁测试模块。用于完成被测产品解锁性能的测试；

d）校准模块。用于完成测试信号的校准；

e）自检模块。用于完成输出单元，数据采集系统，供电单元的开机检测。

测试系统经过软件、硬件调试，实现了伺服系统解锁机构性能测试的功能，伺服系统解锁机构性能测试包括解锁信号、解锁状态信号、解锁时间、产品解锁气源压力以及气源建立时间，通过对上述指标的实时测试，可以很准确的反应产品的解锁性能，解锁机构性能测试曲线如图7所示，解锁机构性能测试结果见表1。

4、结束语

本测试系统的研制，除了实现伺服系统的动态性能测试以外，首次较全面的实现了气动解锁机构的性能测试与评估，大大提高了伺服系统气动解锁机构的测试性和测试效率，促进了产品的研制。

图8 伺服系统解锁机构性能测试曲线。

表1 解锁机构性能测试结果

参考文献

[1]曾漫，熊小丽，丁，范亚龙.一种典型数字无刷电动伺服系统的设计[J].中北大学学报（自然科学版），Vol.32No.62011：751-757.

[2]何卫国，彭科容.一种小型空空导弹舵面锁制器的设计实现[J].科技资讯，NO.202009.

[3]林飒，戴邵武，廖剑.基于LabWindows/CVI的电源模块检测系统[J].仪表技术，2013，25（6）.12-14.

[4]蒋泽民，高俊启，季天剑，盛余祥，张春海，徐姣.压电传感器测量路面动水压力研究.传感器与微系统[J].Vol.31 No.4 2012：17-19.

[5]李秀地，郑颖人，单守智.PZT压电陶瓷传感器的研制与应用[J].后勤工程学院学报，2000（4）：35-38.

[6]Li Tianze，Zhang Xia，Jiang Chuan，et al.Analysis of the charac-teristics of piezoelectric sensor and research of its application[C]∥18th IEEE International Symposium on Applications of Ferroelec-trics，2009：23-27.