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    使用LabVIEW、PXI和CompactRIO快速開發太空探索飛行器結構測試系統

    2012-08-08 美國NI公司

    簡介

    2010年8月,我們首次成功地在獵戶座GTA上進行了結構測試。此項1.05大氣壓下的耐壓測試需要以下三個分布式系統共同運作完成:

    • 增壓和排氣(P&V)系統,用于自動控制載人艙內壓力
    • 數據采集系統(DAS),用于結構數據實時采集、虛擬通道實時計算以及限制和警報分析
    • 數據分發系統(DDS),用于實時和測試后分布同步參數、視頻和音頻數據以測試控制器和數據客戶端

    G Systems 使用NI軟硬件組件開發各個系統,幫助我們縮短開發周期,保持高級功能。 圖1顯示了各個系統部件之間的關系。

    圖1. 系統架構概覽

    圖2.耐壓測試中的獵戶座載人艙艙

    增壓和排氣(P&V)系統

    在測試過程中精確地控制載人艙的內部壓力的P&V系統,擁有高壓氣瓶的便攜式運載,能在加壓過程中提供氣體。

    圖3.增壓和排氣(P&V)系統

    該系統在CompactRIO旁擁有一個控制單元。 它同時控制壓力和監視關鍵故障或警報。  我們選擇可信賴的CompactRIO和LabVIEW實時模塊控制著這一關鍵進程。 觸屏“磚頭電腦”在可拆卸掛式組成結構中提供了一個LabVIEW的圖形用戶界面,操作員因此可在一個安全的地點控制加壓過程。

    數據采集系統

    DAS收集參數數據,主要用于應變測量。  DAS的核心由PXI和 LabVIEW實時系統組成,可在1800多條信道內收集同步數據。 此外,DAS還可以同步計算數千條用戶定義的虛擬通道,并同時監控可能會導致測試關閉的警報和限制程度。  四核PXI實時控制器,優化執行每個處理器上的特定循環,以維持確定性的性能,并行執行所有活動。

     

    DAS將數據記錄至技術數據管理流(TDMS)文件,然后再轉移至DDS文件服務器。  在測試過程中,所有的數據都通過網絡傳輸至用戶,進行實時查看。  圖4顯示了DAS設備機架、7個SCXI機箱其中一個的內部情況和用于系統設置和控制的配置圖形用戶界面。

    圖4.數據采集系統

    我們使用DAS控制計算機,通過網絡連接編程更改系統配置并定義計算信道、警報和限制。  DAS還包括堅固的電纜和接線板,使用軍用標準的圓形連接器,以確保信號連接穩定。

    過去我們在保持高通道數系統校準上遇到了難題,因此,我們開發了一個核查系統,供操作員將電纜連接到42個前面板連接器上,并自動運行每個連接器通道上的校準驗證程序。  校準系統通過源測量單元和交換數字萬用表檢查應變模塊激勵源、感應線,并在每次測試前確認這些線在可接受范圍內。

    數據分布系統

    DDS實時收集、同步、呈現數千條數據通道并發布回放。 DDS不僅呈現P&V和DAS中的數據,而且還有監察測試進展的32個IP攝像機和8個麥克風中的數據。  圖5顯示了整個系統的分布式性質和DDS收集的數據來源。

    圖5.網絡基礎設施

    6個或更多的測試觀察者使用LabVIEW圖形用戶界面來觀察測試進程或檢索過去的測試數據。 在任何時候,我們都可以查看測試進程中的實時數據和緩沖的實時數據,或從過去的測試中讀取數據。  DDS包括兩個用于記錄和傳輸視頻通道的專用視頻服務器,以及將模擬音頻轉換成基于IP數據流的編碼器,可實時應用或傳回至MP3格式。  專用服務器,同時也是測試網絡的域控制器,在TDMS文檔中存儲了測試配置和參數數據。

    測試觀察員可以使用系統來定義他們的多屏圖形用戶界面,其中的表格、圖表和視頻窗口大小和位置可供選擇。  他們可以保存并在今后調用這些配置,來重新創建相同的數據通道集合和顯示。  LabVIEW圖形用戶界面可在任何Windows筆記本電腦上運行,也可在專用的客戶端機器上運行,這些大型、壁掛式多媒體顯示器顯示圖形用戶界面,用于群體觀察或展示。 圖6顯示了DDS服務器機架和可配置的圖形用戶界面。

    圖6.數據采集系統

    使用圖形化系統設計方案的益處

    這三個系統體現了NI軟硬件在極短的開發時間內顯示出的強大功能。  這些系統在以下方面體現了NI產品的優勢:

    • P&V系統需要CompactRIO和LabVIEW實時模塊的穩定性和可靠性
    • DAS依靠于一個連接至SCXI和PXI數據采集設備的高性能多核實時控制器。
    • DDS擁有LabVIEW中的可配置圖形用戶界面,同時可連接到多種網絡資源,提供了豐富的用戶體驗。 

    結論

    這三個系統都提出了各自的工程挑戰 - 機械、電氣和軟件。  憑借NI產品,G Systems在6個月的時間完成了這些集成系統,并且為首次成功的獵戶座乘員艙結構測試提供了穩定性和可靠性。

    標簽: NI
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