您当前位置:首页 > 新闻频道 > 技术动态 > 正文
基于虚拟仪器的航电测试系统研究(通讯)

基于虚拟仪器的航电测试系统研究(通讯)

                              段容宜a,  王海斌b

    (中国民航飞行学院,a.航空工程学院,b.飞机修理厂,四川广汉618307

摘要:研究了我国航电测试系统的现状及问题,讨论了虚拟仪器在航电测试系统的开发上的优势以及系统结构,在系统设计上采用结构化、模块化设计思想。以CPIB仪器为依托完成硬件方面的设计;在软件方面,利用直接和间接调用方法实现对测试仪器的控制。

关键词:航电测试系统;虚拟仪器;维修平台;系统设计

中图分类号:V443    文章编号:1671 -637X(2016)05 -0080 -04

0  引言

    航电系统又称为“综合航空电子系统”,是现代飞机的一个重要组成部分,其性能高低直接影响到飞机的整体性能。综合航电系统功能先进、可靠性高,但系统相对较为复杂,特别是综合化的设计思想,使得航电系统深度维修的很多新技术问题仍待解决。

    本文应用了虚拟仪器技术,使测试系统实现对各种测试仪器的自动控制,从而为整个测试系统实现自动测试奠定基础,并应用数据库引擎以及故障诊断技术,实现系统性能测试信息存储以及故障定位、诊断等功能。结合综合航电测试系统的研制过程,详细阐述其系统组成构架、工作原理、软硬件关键技术及其工程应用结果。

1  系统总体结构

航电测试系统总体结构如图1所示。

基于虚拟仪器的航电测试系统研究(通讯)619.png 

    航电测试系统主要分为硬件平台和软件平台两部分。其中,硬件平台为系统测试提供了物理资源。从综合航电系统工作原理和结构特性出发,根据所有功能子部件的测试需求、测试资源性能和接口类型,确定所需测试资源,并对连接系统功能的适配系统进行优化设计,实现重复的物理资源共享,这样既可以降低硬件成本投入,又可以简化硬件平台搭建工作,有利于测试系统排故,提高测试的准确性和可靠性。

    测试系统以高性能的工控机为中心,控制各类测试仪器、设备来完成硬件平台的搭建。软件平台的功能是为测试提供开发、调试及运行环境,该测试系统的软件开发在Windows XP操作系统下,以NI Lab VIEW201 1为集成开发环境。

    测试系统完成功能包括:能够对整个航电系统及各功能子部件进行功能、性能检测,对测试结果进行自动判别、故障诊断,并进一步将故障定位到电路板级。

    工作原理:系统自检通过后,利用适配系统,完成测试平台硬件资源与被测系统匹配连接。通过测试程序对相关测试仪器进行调用,为被测系统提供激励。系统对输出响应进行评估,完成性能测试和故障诊断。对于测试数据,根据用户需求进行存储、查询和打印。

2  系统结构

2.1硬件平台

    硬件平台由控制模块和资源模块组成,其结构如图2所示。

基于虚拟仪器的航电测试系统研究(通讯)1168.png 

    控制模块包括测控计算机及外设,测控计算机采用研华工控机,内置各类控制板卡,完成整个测试系统软硬件资源控制。资源模块包括系统测试所需的物理资源,分为(GPIB总线仪器和适配模块。其中,GPIB总线仪器采用分立式结构,其独立仪器的选用均为目前市场上同类仪器中精度最高的,包括通导综合测试仪、频谱分析仪、程控电源、峰值功率计和数字板卡等;适配模块由主控计算机通过串行总线进行控制,其功能是将资源模块与被测系统进行匹配连接.主要由控制、转换、电源、识别和调理电路组成。被测航电系统的功能子部件多达十几部,各子部件测试在资源需求方面存在着重复性,此类测试资源包括测试仪器、测试线路和供电模块。在适配模块中设计转换和电源电路,实现了同一资源被分配到多个节点,在很大程度上节约了测试资源和硬件线路连接。在信号匹配方面,考虑到被测系统个别功能子部件所需激励信号存在特殊性,与通用测试源无法直接供给,因此,在适配模块中设计了调理电路,将通用测试源输出信号进行一定的转换处理,以满足系统测试需求。此外,在适配模块中,还设计有控制和识别电路,分别完成测试仪器、被测子部件的供电控制和状态监测。

2.2软件平台

2.2.1  系统软件框架

    Lab VIEW集成开发环境下,将测试系统进行层次化、模块化设计。系统软件平台包括底层驱动与应用层测试两部分。驱动部分对硬件资源进行管理,为上层程序运行提供支持;应用层测试部分完成操作人员与测试平台的信息交互,由相对独立且具有单一功能的模块组成,这样保证了软件系统的持续增长性与灵活性,其框架如图3所示。

基于虚拟仪器的航电测试系统研究(通讯)1840.png 

2.2.2软件功能模块

    下面对各层及内部模块组成做进一步阐释。

    1)底层驱动部分。

    ①运行环境:利用Lab VIEW集成开发环境提供的界面库,可以较容易地设计出符合工程要求且美观的操作界面;利用Lab VIEW提供的丰富函数库进行各类数据的获取和分析处理。在Lab VIEW集成开发环境基础上,最终实现了对整机航电系统传输的上千个飞行参数处理和模拟显示。

    ②设备驱动模块:该模块主要实现GPIB总线仪器驱动程序的编写,完成主控机与测试仪器间的数据传输,以实现对仪器的程控。

    GPIB总线仪器驱动程序离不开VISA库的支持,VISA是虚拟仪器软件结构(Virtual Instrument SoftwareArchitecture)的缩写,是一个标准I/O接口函数,其运行独立于OS、软件运行环境及总线协议。

    利用VISA设计开发GPIB总线仪器驱动程序时,考虑到其通信方式是建立在寄存器基础上的,因此选用的库函数均基于寄存器操作。GPIB总线仪器驱动程序开发流程如图4所示。

基于虚拟仪器的航电测试系统研究(通讯)2304.png 

    首先使GPIB卡进入初始状态,在地址寄存器中写入本机地址;然后在寻址寄存器中设置寻址方式;接着打开中断寄存器,使得中断情况出现时,完成中断请求;最后设置方式寄存器,完成读、写工作方式的配置。

    ③数据库模块:本系统采用Access数据库技术,为故障诊断专家系统的设计提供知识库支持。此外,通过对数据库操作,将被测系统的相关信息、测试数据以及测试结论进行存储及相关处理。

    2)应用层测试部分,该部分包括如下5个功能模块。

    ①平台自检模块:完成对维修测试平台的所有物理资源(总线仪器、适配系统)的检测,对测试平台的工作状态进行判断。

    ②模式选择模块:完成各功能子部件的独立测试模式和综合航电系统测试模式的选择,软件测试平台即可完成各功能子部件单独测试,也可在航电系统交联情况下进行综合测试。

    ③性能测试模块:该模块是系统软件平台的核心部分,系统通过主控机控制信号发生器、数字信号板卡,分别为被测系统提供模拟、数字信号激励,并对系统输出信息进行处理。系统在测试程序中实现了性能参数指标函数曲线描绘,并利用该曲线算法对输出响应数据进行判断,输出判断结果及误差,从而完成性能测试。

    综合航电系统的传输信号包括串口数据( RS232/RS422/RS485)CAN总线、ARINC429Ethernet4种数据格式。每种数据格式都包含了几十甚至上百种飞机参数,在性能测试过程中要对每种数据格式所含的飞行参数进行读取、分析和判断。虽然综合航电系统输出数据格式较多,包含参数量较大,但在实现性能测试时,对其处理过程基本一致。

    ARINC429总线协议一种参数测试(空速)为例,对其程序执行过程进行说明,如图5所示。

基于虚拟仪器的航电测试系统研究(通讯)3041.png 

    该参数程序实现包括总线配置和数据处理2个模块,总线配置实现了通道选择、传输速度、数据格式和奇偶校验设置,再调用open函数模块打开相应通道;数据处理模块实现了参数的写入和读取,对读取的数据进行判断,将数据判定算法利用程序语言进行描述,并将判断结果进行存储和显示处理。

    ④故障诊断模块:采用基于专家系统的故障诊断技术完成该模块功能,其总体结构如图6所示。

基于虚拟仪器的航电测试系统研究(通讯)3228.png 

    专家系统主要包括故障知识学习和故障诊断两部分。其中:故障知识学习包括知识管理、获取、验证和知识库等功能模块;故障诊断则包括推理机、诊断结果、解释模块、诊断流程和人机界面等功能模块。

    在设计故障诊断专家系统时,最重要是完成知识库构建和推理机的设计。知识库的设计优劣程度直接决定专家系统性能,根据综合航电系统故障知识的特点,且考虑到最大程度减少知识冗余,将知识库构建为现象库、原因库和规则库3类,分别用于存储被测系统的故障规则、现象和原因的知识表达式和获取方法。

    在推理机设计方面,针对故障诊断流程的结构特点,将故障树技术引入诊断流程图中,并将诊断流程转化成故障诊断二叉树,存储转换方法、步骤和规则,实现了基于二叉树的故障推理机。

    ⑤在线帮助:为用户使用和培训提供便利。

2.2.3  测试平台界面

    利用虚拟仪器Lab VIEW提供大量的图形控件,能够设计出满足工程需求的测试界面,且其人机界面较为友好。图7所示为系统主测试界面,能够将性能参数测试情况实时地显示在各类模拟仪表上。

基于虚拟仪器的航电测试系统研究(通讯)3689.png 

3  实测结果

    利用该测试系统对6部综合航电系统进行实际工程测试,将不同被测系统的同一参数进行提取比较,验证测试系统的误差精度。考虑篇幅原因,本文仅列举了部分主要参数,其实测数据如表1所示。

基于虚拟仪器的航电测试系统研究(通讯)3791.png 

    根据实测数据,被测系统的数据误差均在性能指标范围内,测试精度满足测试需求。

4结束语

    本文从系统构成的角度,讨论了航电测试系统的基本设计思路,设计研发了综合航电系统维修测试平台。该平台不仅能够对综合航电系统进行功能和性能测试,而且还内嵌故障诊断专家系统,能够将综合航电系统的故障定位到电路板级。

    维修人员利用此维修测试平台,结合目前掌握的相关维修资料,可实现部件级修理。该系统改变了当今国内航电测试系统完全依靠进口的局面,解决了国外品牌整机价格昂贵、维修周期长、使用成本高且为硬件定制式、后续扩展性能极差等问题,经过实践证明,该航电测试系统在检验、效率以及可靠性等方面都取得了满意的效果。

关键字:

招商信息月点击排行

About Us - 关于我们 - 服务列表 - 付费指导 - 媒体合作 - 广告服务 - 版权声明 - 联系我们 - 网站地图 - 常见问题 - 友情链接
Copyright©2014安装信息网 www.zgazxxw.com. All rights reserved.
服务热线:0371-61311617 邮箱:zgazxxw@126.com 豫ICP备18030500号-4
未经过本站允许,请勿将本站内容传播或复制
安全联盟认证