基于CompactRIO的機(jī)載控制臺的開發(fā)和應(yīng)用

作者:
秀梅 任 - 北京動力機(jī)械研究所

行業(yè):
航空/航天, 運(yùn)輸, 機(jī)器/機(jī)械

產(chǎn)品:
數(shù)據(jù)采集, 聲音與振動, 實(shí)時, 分布式I/O, 軟件

挑戰(zhàn):
空臺帶飛試驗(yàn)是動力系統(tǒng)在研制過程中的關(guān)鍵性試驗(yàn)。在本次試驗(yàn)中，飛行平臺的性能高，需求完成動力系統(tǒng)起飛、爬高、加速等試驗(yàn)項(xiàng)目的考核，因此提高了對機(jī)載控制臺工作狀態(tài)下的力學(xué)環(huán)境要求。機(jī)載控制臺需要完成采集、監(jiān)控、通信等多種功能，所應(yīng)用的環(huán)境條件惡劣、電磁環(huán)境復(fù)雜，又由于涉及到飛機(jī)和被試產(chǎn)品的安全性，機(jī)載控制臺必須具備高可靠性。

解決方案:
基于NI CompactRIO 平臺開發(fā)了機(jī)載控制臺，用于帶飛過程中的試驗(yàn)狀態(tài)控制、數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控參數(shù)實(shí)時顯示、安全報(bào)警、數(shù)字通信、試驗(yàn)安全保障系統(tǒng)監(jiān)控。具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性、實(shí)用性和易操作性。

1 機(jī)載控制臺功能

根據(jù)試驗(yàn)要求，機(jī)載控制臺需完成如下功能：

1. 機(jī)載控制臺能夠完成對多種型號被試產(chǎn)品的電氣和控制系統(tǒng)的自檢、射檢功能
2. 機(jī)載控制臺能夠完成對多種型號被試產(chǎn)品濕起動、干起動、工藝起動和制式起動等試驗(yàn)項(xiàng)目的控制
3. 機(jī)載控制臺能夠完成被試產(chǎn)品監(jiān)測參數(shù)的實(shí)時顯示和數(shù)據(jù)存儲工作，參數(shù)包括：溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、振動、指令電壓等
4. 試驗(yàn)過程中，監(jiān)測參數(shù)超出限制范圍時，控制臺能夠自動報(bào)警
5. 被試產(chǎn)品工作時由于燃油泄漏造成艙內(nèi)部著火時，安裝在艙內(nèi)的火警探測器向控制臺發(fā)出火警信號，控制臺能夠進(jìn)行火警報(bào)警。飛行員根據(jù)火情按動控制臺前面板上的“滅火”按鈕，控制滅火器滅火

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)要求

在系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)上需達(dá)到的效果：

1. 高集成度：飛機(jī)內(nèi)部空間有限，盡量減少占用空間
2. 自動化：盡量減少飛行員的操作
3. 可靠性：在惡劣的環(huán)境條件和復(fù)雜的電磁環(huán)境中可靠工作
4. 高精度：測量信號種類較多，包括溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、振動、指令電壓等，測量精度要求高
5. 抗干擾能力強(qiáng)：在被試產(chǎn)品的控制中包括模擬量和數(shù)字量，控制臺硬件的抗干擾能力決定了飛機(jī)和被試產(chǎn)品的安全性

2.2 設(shè)計(jì)方案

通過對國內(nèi)外各廠家產(chǎn)品的比較， 設(shè)計(jì)人員一致認(rèn)為N ICompactRIO 平臺能夠達(dá)到方案預(yù)期的效果，可以快速地開發(fā)出復(fù)雜、并行、有效并且容易使用的機(jī)載控制臺，總體方案如圖所示。

采用CompactRIO 平臺開發(fā)出的產(chǎn)品外形尺寸為460mm ×230mm × 230mm，其外形是同類地面試驗(yàn)設(shè)備的1/6。

在軟件的編制上具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1. 利用LabVIEW touch-panel可以快速開發(fā)出數(shù)字顯示和圖形顯示界面；界面友好，使飛行員易于操作
2. 軟件的編寫充分利用了LabVIEW 程序可并行的特點(diǎn)，監(jiān)控程序和測試程序同時運(yùn)行
3. LabVIEW具有很強(qiáng)的信號處理和信號分析功能，改變了傳統(tǒng)的對轉(zhuǎn)速和振動新好測量的方法，提高了測量精度

3 系統(tǒng)應(yīng)用情況：

機(jī)載控制臺為該型號動力系統(tǒng)的研制工作作出了重要貢獻(xiàn)。機(jī)載控制臺實(shí)現(xiàn)了：

1. 進(jìn)場后控制臺開箱合格率100%
2. 產(chǎn)品首次試驗(yàn)成功率100%
3. 在所有試驗(yàn)過程中，控制臺的無故障率100%
4. 由于該控制臺與飛機(jī)和其它設(shè)備之間匹配良好，將試驗(yàn)周期從以往的4 個月減少至10 天，節(jié)約了大量的試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)

4 結(jié)論：

用CompactRIO 系列產(chǎn)品開發(fā)的機(jī)載控制臺具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性、實(shí)用性和易操作性，與傳統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)備比較機(jī)載控制臺的性能優(yōu)越、功能強(qiáng)大。