CN105204494A - 控制系统通用外系统等效器实验装置 - Google Patents

Abstract

一种控制系统通用外系统等效器实验装置，包括，PXI测控组合，完成对被测控制系统发出的各种输出指令信号的采集，并按照测试要求输出各种反馈输入指令信号给被测控制系统；信号调理组合，实现被测控制系统与PXI测控组合之间的信号隔离和调理，将被测控制系统的输出指令信号转换为PXI采集板卡能够接收的信号类型；内部电缆，完成PXI测控组合与信号调理组合之间的信号通路连接。本发明在实验室测试时可以全面覆盖控制系统的各种外部接口，提高控制系统综合试验的测试覆盖性，使控制系统得到更加准确客观的评价。

Description

控制系统通用外系统等效器实验装置

技术领域

本发明属于火箭或导弹武器的外系统实验领域，特别是一种控制系统通用外系统等效器实验装置。

背景技术

在实验室中对运载火箭或导弹武器的控制系统进行综合试验时，一般难以连接真实的外系统，所以需对控制系统以外的外系统进行等效器模拟，由等效器接收控制系统发出的信号，并发出控制系统所需的外系统信号，从而完成针对控制系统的试验。一些控制系统在进行综合试验时不对控制系统与外系统接口部分进行测试，最终导致与外系统相关的问题在与外系统匹配时才暴露，返回维修困难，还容易对正式设备造成损坏。还有一些型号的控制系统使用的是数个为型号特制的等效器来完成测试过程，功能和测试数据比较分散，测试覆盖度不好，另外这种方式虽然可以进行外系统测试，但是每个型号独立研发，型号间不能通用，造成人力、物力的浪费，也不利于提升产品的成熟度和可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：提供一种控制系统通用外系统等效器实验装置，用于在实验室中模拟控制系统的外系统，对控制系统进行实验，并且能够通用模拟多种外系统，适用多种实验对象的测试需求。

本发明的技术方案为：

一种控制系统通用外系统等效器实验装置，包括，PXI测控组合，完成对被测控制系统发出的各种输出指令信号的采集，并按照测试要求输出各种反馈输入指令信号给被测控制系统；信号调理组合，实现被测控制系统与PXI测控组合之间的信号隔离和调理，将被测控制系统的输出指令信号转换为PXI采集板卡能够接收的信号类型；内部电缆，完成PXI测控组合与信号调理组合之间的信号通路连接。

进一步地，所述PXI测控组合包括PXI机箱、PXI控制器、PXI采集板卡和一体化键盘显示器。

进一步地，信号调理组合包括信号调理机箱、模拟量调理板卡、数字量调理板卡。

进一步地，还包括，供电电源，采用外置方式配置，通过信号调理机箱的背部的输入航插引入信号调理机箱，然后通过输出航插和外部试电缆为被测控制系统供电。

进一步地，采集的输出指令信号包括脉冲量、数字量、直流缓变量、开关量、正弦电压、交变信号、计算机字中的任意一项或多项。

进一步地，所述PXI测控组合具有1553B总线信号、485总线信号、422总线信号等总线交互能力，为被测控制系统提供开关信号或供电。

进一步地，对于1553B总线信号，选用GEcondor1553B总线板卡及总线耦合器实现；对于485/422串口通讯要求，通过研制具有高精度定时收发控制及隔离功能的多功能串口卡实现；对于脉冲及数码量输入输出信号，通过高速脉冲信号处理板卡实现，并在相应的信号通道中设计信号隔离调理电路；对于直流路电压测量信号，经过直流模拟量信号调理模块分压、隔离后，通过PXI模拟量采集模块采集，再利用软件处理获得测量值；对于交流电压测量信号，经过交流模拟量信号调理模块分压、隔离后通过PXI模拟量采集模块采集，再利用软件处理获得测量值；对于开关时序输入信号，经过信号调理模块限流后，采用带有隔离功能时序测量板卡处理。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明应用于在实验室配合运载火箭或导弹武器的控制系统综合试验，用于等效集成模拟除控制系统外的遥测、外安、利用、增压、动力等多种系统，接收控制系统发出的信号，并发出控制系统所需的外系统信号。在实验室测试时可以全面覆盖控制系统的各种外部接口，提高控制系统综合试验的测试覆盖性，使控制系统得到更加准确客观的评价。相对于现有的技术，该外系统等效器通用性强，测试覆盖全面，通过更换转接电缆和部分印制板可以适应不同型号的需求。

附图说明

图1示出了本发明的通用外系统等效器实验装置的前视图；

图2示出了本发明的通用外系统等效器实验装置的后视图；

图3示出了本发明的通用外系统等效器实验装置的信号处理框图。

具体实施方式

本发明的实验装置模拟遥测、外安、利用、增压、动力等多种外系统，用于控制系统的实验。本发明接收控制系统发出的信号(直流、交流、时序、数字量等)，并发出控制系统所需的外系统反馈信号(脉冲、计算机字信号等)。本发明可采集脉冲量、数字量、直流缓变量、开关量、正弦电压、交变信号、计算机字等型号。本发明具有1553B总线信号、485总线信号、422总线信号等总线交互能力，为控制系统提供开关信号或供电。本发明的等效器装置能适用多个型号被测对象的测试需求。等效器留有充足的拓展余地，为今后的功能拓展预留空间。

本发明的通用外系统等效器，采用通用化、模块化设计思想，换插不同的模块板卡和转接电缆就可以适应不同型号的需求。软件也进行了通用化设计，对不同的型号只要进行通道配置和流程设置就可以应用于不同的型号。

PXI(PeriPheralComponentInterconnectExtensionsforInstrumentation，面向仪器系统的PCI扩展)，本发明的面向仪器的PCI(PeriPheralComponentInterconnect，外部设备互联标准)扩展，是以PCI为基础再加上一些PXI的信号组合而成的架构，定义了一个10MHz背板参考时钟。

本发明采用1553B协议的数字式时分制指令/响应性多路传输数据总线。

本发明的通用外系统等效器能够适应多种型号任务需求，能够等效集成模拟遥测、外安、利用、增压、动力等多种外系统，接收控制系统发出的信号，并发出控制系统所需的外系统信号。具体设计方案满足如下需求：

A)通用性需求：考虑测试系统的通用性需求，软硬件均能适用不同型号被测对象的测试需求。由于外系统等效器测试的信号种类众多，基本覆盖了各型号控制系统的测试需求，因此的针对不同型号的被测系统，只需要调整PXI测量模块、信号调理板卡和外部测试电缆，并调用相应型号的测试流程文件，即可满足相应的测试要求。例如某些型号的时序测试路数较多，就可以增加PXI机箱和调理机箱中时序测试使用的板卡，而如果某些型号没有某种总线(例如1553B总线或485总线)的外系统接口，就可以去除这些总线测试部分的板卡，从而节约成本。而每个型号都需要配置自己专用的转接电缆，将需要测试的信号与外系统等效器连接。

B)扩展性需求：测试系统留有充足的拓展余地，为今后的功能拓展预留空间，具体包括各种类型测信号在处理时，均按最大需求路数设计，并预留一定的余量，方便等效器系统扩展；软件留有标准扩展接口，便于增加新的测试资源。

C)模块化需求：针对不同型号的被测对象，通过调整调理箱内板卡类型和数量从而适用于不同型号，灵活方便；同时，针对不同电压输入的需求，调理板卡可以通过调整分压电阻配比调整不同的分压比，信号调理板卡有1:1、5:1、10:1等多种分压比品种可供选择，只需选择相应比例的调理板卡就可以适应不同型号的需求。

D)信号调理：由于被测对象包括多种不同类型的信号(直流、交流、脉冲、带电触点、不带电触点、计算机字信号等)，等效器要具备信号调理功能，将多种不同类型的信号进行相应的调理，转换为PXI自动测控组合可以测量的类型。

E)电气隔离：根据被测要求完成信号的分组隔离测量，同时将被测控制系统与PXI测控组合进行电气隔离。

F)数据同步：PXI总线通过增加专门的系统参考时钟、触发总线、星形触发线和模块间的局部总线来满足高精度定时、同步与数据通信要求。

G)测试精度：PXI背板向各插槽模块提供高精度10MHz参考时钟，使得各插槽模块间时钟歪斜精度小于10ns。为避免windows操作系统的多线程机制造成计时延迟，信号采集计时均由板卡上的硬件负责，这就要求板卡之间有精准的同步基准，因此在需要同步的板卡上都设置了三路同步基准信号，将点火、起飞等基准信号进行同步处理。过程中的计时由背板时钟和板卡上的时钟精度来保证，最终计时精度能达到±1ms。

测试软件：本发明中的通用测试管理软件能够满足不同型号测试任务使用要求，具备权限管理、系统自检、系统配置、系统标定、数据采集、记录及显示、数据分析处理等功能。

软件是一个通用的软件测试平台，支持测试信号灵活选择，能够适应对表1所列任意信号的测试。

表1软件支持的测试信号

硬件方面：通用外系统等效器主要包括PXI测控组合、信号调理组合及系统内部测试电缆等。

PXI测控组合50主要包括PXI机箱、PXI控制器、PXI采集板卡和一体化键盘显示器10等设备。PXI机箱采用的是NI公司的PXI-1045机箱，共有18个槽位可以满足现有各型号的需求，控制器采用的是NI公司的PXI-8108嵌入式控制器CPU双核2.53GHz，内存2G，硬盘500G，支持USB、以太网等标准接口。PXI采集板卡根据信号的种类和测量要求进行选择。只要采用了PXI标准协议的板卡均可兼容，完成对被测控制系统的模拟量信号、数字量信号、脉冲和时序信号等的采集，并按照测试要求输出各种指令信号给被测控制系统。

电源接插排40采用的是标准三项电源插座，外部供电直流电源60可以将220V交流市电转换为28V/10A、±15V/10A、+5V/10A多种直流电源提供给外系统等效器系统使用。

信号调理组合30主要包括信号调理机箱、模拟量调理板卡、数字量调理板卡等，信号调理机箱采用标准机箱外形使用19英寸标准9U机箱，深度为450mm，前面板两侧有把手方便上架。调理机箱设计为上下两层，总共可安装3U调理模块42块。调理模块分为模拟量调理板卡、数字量调理板卡等，均具有隔离和电压调整的功能，可以完成被测控制系统信号与PXI测控组合之间的信号隔离、电压调理等功能，将被测信号转换为PXI采集板卡能够接收的信号类型。

测试系统内部电缆完成PXI测控组合与信号调理组合之间的信号通路连接。

通用外系统等效器组成如图1和图2所示。

针对不同型号的被测系统，只需要调整PXI测量模块、信号调理板卡和外部测试电缆，并调用相应型号的测试流程文件，即可满足相应的测试要求。

软件方面：软件功能主要包括被测对象管理、测试信号管理、模拟量通道标定、系统自检、测试任务配置、测试任务执行、测试数据管理、测试数据回放。

在本软件中将使用用户分为两级：操作员和管理员。管理员可以使用本软件的全部功能，操作员不具备用户管理、系统设置、系统标定等操作。

根据对信号的具体分析,等效器系统对信号的处理过程如图3所示。

定制的供电电源(28VDC和5VDC)，采用外置方式配置，外部供电通过调理箱的背部的输入航插引入调理箱，然后通过输出航插和外部试电缆为被测控制系统供电。

对于1553B总线通讯，选用GEcondor1553B总线板卡及总线耦合器实现；

对于485/422串口通讯要求，通过研制具有高精度定时收发控制及隔离功能的多功能串口卡实现，能够实现1ms精确定时发送；

对于脉冲及数码量输入输出信号，通过高速脉冲信号处理板卡实现，并在相应的信号通道中设计信号隔离调理电路；

对于直流路电压测量信号，经过直流模拟量信号调理模块分压、隔离后，通过PXI模拟量采集模块采集，再利用软件处理获得测量值；

对于交流电压(脉冲)测量信号，经过交流模拟量信号调理模块分压、隔离后通过PXI模拟量采集模块采集，再利用软件处理获得测量值；

对于开关时序输入信号，经过信号调理模块限流后，采用带有隔离功能时序测量板卡处理。

附图标记说明：10、一体化键盘显示器；20、盲板；30、信号调理组合；40、电源接插排；50、PXI测控组合；60、外部供电直流电源。

Claims (7)

1.一种控制系统通用外系统等效器实验装置，其特征在于，包括，

PXI测控组合，完成对被测控制系统发出的各种输出指令信号的采集，并按照测试要求输出各种反馈输入指令信号给被测控制系统；

信号调理组合，实现被测控制系统与PXI测控组合之间的信号隔离和调理，将被测控制系统的输出指令信号转换为PXI采集板卡能够接收的信号类型；

内部电缆，完成PXI测控组合与信号调理组合之间的信号通路连接。

2.根据权利要求1所述的控制系统通用外系统等效器实验装置，其特征在于，所述PXI测控组合包括PXI机箱、PXI控制器、PXI采集板卡和一体化键盘显示器。

3.根据权利要求1所述的控制系统通用外系统等效器实验装置，其特征在于，信号调理组合包括信号调理机箱、模拟量调理板卡、数字量调理板卡。

4.根据权利要求1所述的控制系统通用外系统等效器实验装置，其特征在于，还包括，供电电源，采用外置方式配置，通过信号调理机箱的背部的输入航插引入信号调理机箱，然后通过输出航插和外部试电缆为被测控制系统供电。

5.根据权利要求1的控制系统通用外系统等效器实验装置，其特征在于，采集的输出指令信号包括脉冲量、数字量、直流缓变量、开关量、正弦电压、交变信号、计算机字中的任意一项或多项。

6.根据权利要求5的控制系统通用外系统等效器实验装置，其特征在于，所述PXI测控组合具有1553B总线信号、485总线信号、422总线信号等总线交互能力，为被测控制系统提供开关信号或供电。

7.根据权利要求6的控制系统通用外系统等效器实验装置，其特征在于：

对于1553B总线信号，选用GEcondor1553B总线板卡及总线耦合器实现；

对于485/422串口通讯要求，通过研制具有高精度定时收发控制及隔离功能的多功能串口卡实现；

对于脉冲及数码量输入输出信号，通过高速脉冲信号处理板卡实现，并在相应的信号通道中设计信号隔离调理电路；

对于直流路电压测量信号，经过直流模拟量信号调理模块分压、隔离后，通过PXI模拟量采集模块采集，再利用软件处理获得测量值；

对于交流电压测量信号，经过交流模拟量信号调理模块分压、隔离后通过PXI模拟量采集模块采集，再利用软件处理获得测量值；

对于开关时序输入信号，经过信号调理模块限流后，采用带有隔离功能时序测量板卡处理。