使用LabVIEW、PXI和CompactRIO快速開發(fā)太空探索飛行器結(jié)構(gòu)測(cè)試系統(tǒng)

The Challenge:
在6個(gè)月的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出三個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，運(yùn)用于獵戶座載人探索飛行器的結(jié)構(gòu)測(cè)試。

The Solution:
使用并行開發(fā)和現(xiàn)成即用的NI軟硬件工具，如NI LabVIEW和PXI、SCXI和CompactRIO硬件，快速設(shè)計(jì)出這三個(gè)系統(tǒng)。

圖1. 系統(tǒng)架構(gòu)概覽

圖2.耐壓測(cè)試中的獵戶座載人艙艙

該系統(tǒng)在CompactRIO旁擁有一個(gè)控制單元。 它同時(shí)控制壓力和監(jiān)視關(guān)鍵故障或警報(bào)。  我們選擇可信賴的CompactRIO和LabVIEW實(shí)時(shí)模塊控制著這一關(guān)鍵進(jìn)程。 觸屏“磚頭電腦”在可拆卸掛式組成結(jié)構(gòu)中提供了一個(gè)LabVIEW的圖形用戶界面，操作員因此可在一個(gè)安全的地點(diǎn)控制加壓過程。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

DAS收集參數(shù)數(shù)據(jù)，主要用于應(yīng)變測(cè)量。  DAS的核心由PXI和LabVIEW實(shí)時(shí)系統(tǒng)組成，可在1800多條信道內(nèi)收集同步數(shù)據(jù)。 此外，DAS還可以同步計(jì)算數(shù)千條用戶定義的虛擬通道，并同時(shí)監(jiān)控可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)試關(guān)閉的警報(bào)和限制程度。  四核PXI實(shí)時(shí)控制器，優(yōu)化執(zhí)行每個(gè)處理器上的特定循環(huán)，以維持確定性的性能，并行執(zhí)行所有活動(dòng)。

DAS將數(shù)據(jù)記錄至技術(shù)數(shù)據(jù)管理流（TDMS）文件，然后再轉(zhuǎn)移至DDS文件服務(wù)器。  在測(cè)試過程中，所有的數(shù)據(jù)都通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至用戶，進(jìn)行實(shí)時(shí)查看。  圖4顯示了DAS設(shè)備機(jī)架、7個(gè)SCXI機(jī)箱其中一個(gè)的內(nèi)部情況和用于系統(tǒng)設(shè)置和控制的配置圖形用戶界面。

圖4.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

我們使用DAS控制計(jì)算機(jī)，通過網(wǎng)絡(luò)連接編程更改系統(tǒng)配置并定義計(jì)算信道、警報(bào)和限制。  DAS還包括堅(jiān)固的電纜和接線板，使用軍用標(biāo)準(zhǔn)的圓形連接器，以確保信號(hào)連接穩(wěn)定。

過去我們?cè)诒３指咄ǖ罃?shù)系統(tǒng)校準(zhǔn)上遇到了難題，因此，我們開發(fā)了一個(gè)核查系統(tǒng)，供操作員將電纜連接到42個(gè)前面板連接器上，并自動(dòng)運(yùn)行每個(gè)連接器通道上的校準(zhǔn)驗(yàn)證程序。  校準(zhǔn)系統(tǒng)通過源測(cè)量單元和交換數(shù)字萬用表檢查應(yīng)變模塊激勵(lì)源、感應(yīng)線，并在每次測(cè)試前確認(rèn)這些線在可接受范圍內(nèi)。

數(shù)據(jù)分布系統(tǒng)

DDS實(shí)時(shí)收集、同步、呈現(xiàn)數(shù)千條數(shù)據(jù)通道并發(fā)布回放。 DDS不僅呈現(xiàn)P&V和DAS中的數(shù)據(jù)，而且還有監(jiān)察測(cè)試進(jìn)展的32個(gè)IP攝像機(jī)和8個(gè)麥克風(fēng)中的數(shù)據(jù)。  圖5顯示了整個(gè)系統(tǒng)的分布式性質(zhì)和DDS收集的數(shù)據(jù)來源。

圖5.網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施

6個(gè)或更多的測(cè)試觀察者使用LabVIEW圖形用戶界面來觀察測(cè)試進(jìn)程或檢索過去的測(cè)試數(shù)據(jù)。 在任何時(shí)候，我們都可以查看測(cè)試進(jìn)程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和緩沖的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，或從過去的測(cè)試中讀取數(shù)據(jù)。  DDS包括兩個(gè)用于記錄和傳輸視頻通道的專用視頻服務(wù)器，以及將模擬音頻轉(zhuǎn)換成基于IP數(shù)據(jù)流的編碼器，可實(shí)時(shí)應(yīng)用或傳回至MP3格式。  專用服務(wù)器，同時(shí)也是測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的域控制器，在TDMS文檔中存儲(chǔ)了測(cè)試配置和參數(shù)數(shù)據(jù)。

測(cè)試觀察員可以使用系統(tǒng)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(diào)用這些配置，來重新創(chuàng)建相同的數(shù)據(jù)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(yùn)行，也可在專用的客戶端機(jī)器上運(yùn)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(wù)器機(jī)架和可配置的圖形用戶界面。

圖6.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

使用圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的益處

這三個(gè)系統(tǒng)體現(xiàn)了NI軟硬件在極短的開發(fā)時(shí)間內(nèi)顯示出的強(qiáng)大功能。  這些系統(tǒng)在以下方面體現(xiàn)了NI產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)：

P&V系統(tǒng)需要CompactRIO和LabVIEW實(shí)時(shí)模塊的穩(wěn)定性和可靠性。

DAS依靠于一個(gè)連接至SCXI和PXI數(shù)據(jù)采集設(shè)備的高性能多核實(shí)時(shí)控制器。

DDS擁有LabVIEW中的可配置圖形用戶界面，同時(shí)可連接到多種網(wǎng)絡(luò)資源，提供了豐富的用戶體驗(yàn)。 

結(jié)論

這三個(gè)系統(tǒng)都提出了各自的工程挑戰(zhàn) - 機(jī)械、電氣和軟件。  憑借NI產(chǎn)品，G Systems在6個(gè)月的時(shí)間完成了這些集成系統(tǒng)，并且為首次成功的獵戶座乘員艙結(jié)構(gòu)測(cè)試提供了穩(wěn)定性和可靠性。

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