靜電陀螺監(jiān)控器陀螺控制信號(hào)自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、靜電陀螺監(jiān)控器陀螺控制信號(hào)自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2012年3月15日第35卷第6期靜電陀螺監(jiān)控器陀螺控制信號(hào)自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)程龍,周海淵,吳旭賢(中國(guó)衛(wèi)星海上測(cè)控部,江蘇江陰214431)控制信號(hào)均為模擬信號(hào),以手動(dòng)操作和人工判斷為主,存在較大的誤差,影響設(shè)備啟動(dòng)的可靠性.針對(duì)上述情況,基于虛擬儀器技術(shù),設(shè)計(jì)了一套數(shù)字化的陀螺控制信號(hào)的自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng).該系統(tǒng)信號(hào)判斷精確,自動(dòng)化程度高,改進(jìn)了以往模擬信號(hào)檢測(cè)存在的不足,提高了靜電陀螺監(jiān)控器啟動(dòng)相關(guān)陀螺控制信號(hào)的準(zhǔn)確性,確保了設(shè)備啟動(dòng)的可靠性和成功率.關(guān)鍵詞:虛擬儀器;靜電陀螺儀;自動(dòng)檢測(cè);USB接口中圖分類號(hào):TN9834文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1

2、004373X(2012)06017603DesignofautomatictestsystemforgyrocontrolsignalsofESGMxian(ChinaSatelliteMaritimeTracking&ControllingDepartment,Jiangyin21443,China)Abstract:Thegyrocontrolsignalsofelectrostaticsupportgyromonitor(ESGM)arekeyelementsofmonitoringandjudcessrateofstartingESGM,improvesaccurac

3、yofrelativegyrocontrolsignalsinthecourseofthedevicestart.Keywords:virtualinstrument;ESGM;automatictest;USBinterface靜電陀螺監(jiān)控器是國(guó)內(nèi)最為先進(jìn)的導(dǎo)航設(shè)備,目前該設(shè)備廣泛應(yīng)用于第三代航天遠(yuǎn)洋測(cè)量船等大型艦船的系統(tǒng)導(dǎo)航.該設(shè)備啟動(dòng)程序復(fù)雜,陀螺控制信號(hào)的判斷控器的陀螺控制信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)為模擬信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng),存在測(cè)量精度不夠,人員手工調(diào)節(jié)誤差較大的問題,嚴(yán)重影響到設(shè)備啟動(dòng)的可靠性和成功率.本文針對(duì)上述情況,結(jié)合設(shè)備應(yīng)用的實(shí)際需求,分析陀螺控制信號(hào)特點(diǎn),以虛擬儀器技術(shù)為平臺(tái),設(shè)計(jì)了一套數(shù)字化

4、的陀螺控制信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng).該系統(tǒng)利用LabVIEW模擬儀器面板,程序化控制信號(hào)的采集,濾波,分析,顯示,存儲(chǔ)等,提高了靜電陀螺監(jiān)控器啟動(dòng)過程中陀螺控制信號(hào)的檢測(cè)精度,確保了設(shè)備啟動(dòng)的可靠性,具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值.五個(gè)階段.靜電陀螺監(jiān)控器啟動(dòng)過程如圖1所示.1陀螺控制信號(hào)檢測(cè)現(xiàn)狀及需求分析II系統(tǒng)關(guān)機(jī)靜電陀螺監(jiān)控器操作過程復(fù)雜,包括狀態(tài)檢查,設(shè)備加電,系統(tǒng)初始化,陀螺支承,支承電壓檢測(cè),置H置Q,低速啟動(dòng),阻尼定中,陀螺加速,陀螺穩(wěn)頻,六次校,系統(tǒng)標(biāo)定,位置校,轉(zhuǎn)導(dǎo)航,組合導(dǎo)航,關(guān)機(jī)等,簡(jiǎn)單可分為啟動(dòng)系統(tǒng),啟動(dòng)陀螺,系統(tǒng)標(biāo)定,設(shè)備導(dǎo)航,設(shè)備關(guān)機(jī)收稿日期:2011-1005初始設(shè)置,殼體抽真空,平臺(tái)隨

5、動(dòng),靜電支承,完成陀螺初始方向,限制轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮章動(dòng)阻尼及定中補(bǔ)償漏磁位,逐次啟動(dòng)隨機(jī)漂移轉(zhuǎn)導(dǎo)航,與慣導(dǎo)組合導(dǎo)航圖1靜電陀螺監(jiān)控器陀螺啟動(dòng)流程圖從圖1可以分析出,陀螺啟動(dòng)過程中陀螺控制信號(hào)的關(guān)鍵由陀螺支承電壓和陀螺轉(zhuǎn)速信號(hào)兩部分組成.目前啟動(dòng)過程中對(duì)相關(guān)信號(hào)的檢測(cè)方法存在以下缺陷:承電壓信號(hào)的檢測(cè)利用萬用表測(cè)量,平臺(tái)框架角P角靜電陀螺監(jiān)控器啟動(dòng)機(jī)理分析重第6期程龍,等:靜電陀螺監(jiān)控器陀螺控制信號(hào)自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)177角度值讀取通過人工觀察靜電陀螺監(jiān)控器203機(jī)柜面板顯示角度.這種方法需要兩個(gè)人同時(shí)配合工作,數(shù)據(jù)精度不高,角度讀取誤差大,在上,下陀螺同時(shí)支承的情測(cè)量坐標(biāo)與平臺(tái)框架角P角間的關(guān)系

6、如表1所示.表1靜電陀螺監(jiān)控器支承電壓信號(hào)測(cè)量坐標(biāo)與平臺(tái)框架角P角間的關(guān)系螺轉(zhuǎn)速信號(hào)利用示波器檢測(cè),當(dāng)陀螺轉(zhuǎn)速信號(hào)與頻率計(jì)產(chǎn)生的信號(hào)頻率一致時(shí),在示波器上兩者信號(hào)的李薩如專門人員調(diào)節(jié)頻率計(jì)和示波器實(shí)時(shí)觀察陀螺轉(zhuǎn)速信號(hào)變化情況,隨動(dòng)前要求陀螺轉(zhuǎn)速信號(hào)為300Hz-4-1Hz,隨動(dòng)后工作狀態(tài)陀螺轉(zhuǎn)速信號(hào)為300Hz±此高的精度僅靠通過模擬信號(hào)判斷顯然存在較大誤差,螺支承電壓與陀螺轉(zhuǎn)速的設(shè)備如圖2所示.(a)傳統(tǒng)靜電陀螺監(jiān)控器陀螺芟承(b)傳統(tǒng)靜電阮螺夏承(c)靜電陀螺儀轉(zhuǎn)運(yùn)與夏承電壓與陀螺轉(zhuǎn)速檢測(cè)專用設(shè)備電壓檢測(cè)用萬用表電壓監(jiān)視儀圖2傳統(tǒng)靜電陀螺監(jiān)控器陀螺支承電壓與陀螺轉(zhuǎn)速檢測(cè)設(shè)備圖通過

7、上述分析,可以得出傳統(tǒng)檢測(cè)方法對(duì)操作人員要求很高,存在較大人為誤差,精度不高難以滿足實(shí)際需求,操作或者判斷不當(dāng)甚至?xí)?dǎo)致設(shè)備故障,嚴(yán)重影響到設(shè)備的正常工作.2陀螺控制信號(hào)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括集信號(hào)接入口,多路信號(hào)調(diào)理電路,信號(hào)采集卡和USB總線于一起的靜電陀螺監(jiān)控器陀螺控制信號(hào)自動(dòng)檢測(cè)儀,主要完成被測(cè)信號(hào)的采集,處理,調(diào)理與模數(shù)轉(zhuǎn)換;軟件系統(tǒng)主要用來分析濾波,記錄,顯示,存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和完成相應(yīng)的分析功能.為提高系統(tǒng)的便捷性,系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了USB總線方案,通過信號(hào)接人口將靜電陀螺監(jiān)控器上,下陀螺支承電壓信號(hào)和上下陀螺轉(zhuǎn)速信號(hào)引入信號(hào)調(diào)理電路,信號(hào)調(diào)理電路完成信號(hào)的調(diào)理放大后送至采集卡,采集卡完成

8、信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換后通過USB接口送入計(jì)算機(jī),利用PC機(jī)和虛擬儀器軟件平臺(tái),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣和分析,雜波分析及過濾,結(jié)果顯示及存儲(chǔ)等功能,從而構(gòu)成了陀螺控制信號(hào)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng).該系統(tǒng)的硬件由一臺(tái)PC計(jì)算機(jī)和一臺(tái)靜電陀螺監(jiān)器陀螺支承電壓信號(hào)存在不同時(shí)機(jī)測(cè)量端子不同且需要及時(shí)轉(zhuǎn)換,給測(cè)量帶來不便.基于支承信號(hào)的特殊性,硬人口將靜電陀螺監(jiān)控器陀螺支承電壓信號(hào)與陀螺轉(zhuǎn)速信號(hào)調(diào)理電路首先對(duì)靜電陀螺監(jiān)控器輸出的電壓信號(hào)做進(jìn)一步的處理,使得通過調(diào)理電路的電壓信號(hào)在信號(hào)采集卡可接受且能滿足精度要求的電壓范圍之內(nèi),從而保證速數(shù)據(jù)采集卡NIUSB-6008,這種數(shù)據(jù)采集卡采樣頻率最高可達(dá)10kHz,分辨率為12位,可使

9、用LabVIEW及自帶的NI-DAQmxBase測(cè)量服務(wù)軟件編程,能滿足陀螺的數(shù)字I/O端口,能夠滿足靜電陀螺監(jiān)控器啟動(dòng)陀螺控能,其技術(shù)參數(shù)如表1所示.表2NIUSB一6008DAQ卡的技術(shù)參數(shù)表最后信號(hào)由通用串口總線USB傳人PC計(jì)算機(jī).USB接口具有速度快,連接簡(jiǎn)單,不需要外接電源,兼統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示.靜電陀螺監(jiān)控器陀螺控制信號(hào)自動(dòng)檢測(cè)儀莓f墨f善軟軟件件pci'算機(jī)日U模界塊面圖3靜電陀螺監(jiān)控器陀螺控制信號(hào)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖靜電陀螺監(jiān)控器陀螺控制信號(hào)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)軟件是檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行的核心,該檢測(cè)系統(tǒng)能否成功運(yùn)行,很公司(美國(guó)國(guó)家儀器公司)開發(fā)的LabVIEW圖形化軟

10、件編寫.軟件大致可分為3部分:硬件驅(qū)動(dòng)層,測(cè)試資178現(xiàn)代電子技術(shù)2012年第35卷中執(zhí)行儀器總線的功能,是計(jì)算機(jī)與儀器之間的軟件層試所需要的數(shù)據(jù)分析,儀器控制與通信的軟件程序集,包含測(cè)試程序庫,參比信號(hào)庫,調(diào)用函數(shù)庫,控制函數(shù)戶,通過直觀友好的操作界面來設(shè)定工作方式,數(shù)據(jù)錄層的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序初始化虛擬儀器并啟動(dòng)檢測(cè)程序,在檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)同時(shí)參考了傳統(tǒng)示波器的功能,并結(jié)合虛擬儀器的特點(diǎn)與計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的信息處理能力,實(shí)現(xiàn)了濾波,波形顯示,雜波處理,數(shù)據(jù)存儲(chǔ),打印,生成報(bào)表和時(shí)域,頻域參數(shù)自動(dòng)測(cè)量,顯示,查詢以及相位差的自動(dòng)計(jì)算功能.該檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖4所示.檢測(cè)系統(tǒng)軟件測(cè)試程序庫l調(diào)用函數(shù)庫參

11、比信號(hào)庫ll控鈿函數(shù)庫圖4檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)LabVIEW提供有USB接口處理控件,在安裝USB驅(qū)動(dòng)程序后,可以方便調(diào)用USB處理控件進(jìn)行USB接口讀/寫操作,可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)即插即用的便捷性和實(shí)用性.系統(tǒng)軟件采用虛擬儀器軟件架構(gòu)(VirtualInstrumentsSoftwareArchitecture,VISA)實(shí)現(xiàn)對(duì)串口的配置,寫入,讀取,關(guān)閉等控制.信號(hào)流程設(shè)計(jì)圖如圖5所示.數(shù)數(shù)雜據(jù)據(jù)波調(diào)-V采-V處理集理圖5信號(hào)流程設(shè)計(jì)圖靜電陀螺監(jiān)控器陀螺控制信號(hào)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)軟件模擬傳統(tǒng)示波器及萬用表功能,界面示意圖如圖6所示.圖6靜電陀螺監(jiān)控器支承電壓與陀螺轉(zhuǎn)速自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)軟件界面示意圖3結(jié)語本文依據(jù)靜

12、電陀螺監(jiān)控器啟動(dòng)工作中遇到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和自動(dòng)化測(cè)試要求,設(shè)計(jì)了一套基于虛擬儀器的僅能滿足多路數(shù)據(jù)采集,信號(hào)監(jiān)視,波形顯示,關(guān)鍵點(diǎn)提示的優(yōu)點(diǎn),且在設(shè)計(jì)上充分考慮靜電陀螺監(jiān)控器陀螺轉(zhuǎn)速信號(hào)雜波多,干擾信號(hào)強(qiáng)的特點(diǎn),從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)功能.該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)處理多路的采集數(shù)據(jù),相對(duì)于現(xiàn)在使用的測(cè)試手段,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,占用空間小,人員需求減少,檢測(cè)簡(jiǎn)便,數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確,可同時(shí)處理支承電壓信號(hào)和陀螺儀轉(zhuǎn)速信號(hào),測(cè)試報(bào)表可以自動(dòng)生成,提高了自動(dòng)化測(cè)試水平,具有較好的擴(kuò)展性,通用性和可移植性.參考文獻(xiàn)1高鐘毓.靜電陀螺儀技術(shù)EMI.北京:清華大學(xué)出版社,2004.系統(tǒng)J.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2008,16(9):12461248.自適應(yīng)濾波技術(shù)研究I-J.中國(guó)慣性技術(shù),2002,10(6):2328.EW的虛擬信號(hào)發(fā)生器及示波器的設(shè)計(jì)J.華北水利水電學(xué)院,2010(3):5759.示波器設(shè)計(jì)J.微計(jì)算機(jī)信息,2010,26(34):139140.MI.北京:清華大學(xué)出版社,2007.7王淑芳.基于虛擬儀器的USB接口數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)