CN112255994B - 一种控制系统实时响应测试方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种控制系统实时响应测试方法和装置，通过依据预设的预设时长增大所述方波信号源输出的方波信号的输出间隔，从而将方波从低电平转变到高电平(或高电平转换到低电平)的时间点覆盖控制周期的任意时间，实现了全周期触发覆盖的控制系统实时响应测试。

Description

一种控制系统实时响应测试方法和装置

技术领域

本发明涉及硬件自动化测试技术领域，具体涉及一种全周期触发覆盖的控制系统实时响应测试方法和装置。

背景技术

在自动化测试方案中，实时响应时间，通常被定义为测试量变化一个步进值后，传感器达到最终数值90％所需要的时间。相应时间越短则代表实时响应性能越高。控制系统的实时响应性能，是整个控制系统性能的关键，直接影响系统的控制品质，因此研究和测试控制系统的实时响应十分重要。控制系统的实时响应性能由响应时间作为指标来定量描述。

控制系统实时响应的常规测试方法如图1所示：硬件信号发生器作为硬件信号源产生方波信号，接入控制系统输入端，使用双踪示波器同时测量硬件信号发生器的输出端、控制系统输出端的信号。方波信号在每次产生阶跃时，信号发生器输出端与控制系统输出的波形同方向边沿信号时间差即为响应时间。

待测控制系统是按照用户设定的控制周期来运行的，一个控制周期被分成不同的时间段，来执行不同的任务，在控制周期的不同时间段触发实时响应测试，导致的测试结果也可能是不同的，而目前的测试方法无法确保控制周期的全周期触发覆盖，因此亟需一种全周期触发覆盖的控制系统实时响应测试方法及装置。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种控制系统实时响应测试方法和装置，以实现全周期触发覆盖的控制系统实时响应测试。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种控制系统实时响应测试装置，包括：

上位机、方波信号源、信号采集器以及待测控制系统；

所述上位机用于控制所述方波信号源输出的方波信号的间隔比上一周期产生的方波信号的输出间隔增大预设时长；

所述方波信号源用于产生方波信号，并将所述方波信号发送给所述待测控制系统的输入端；

所述信号采集器用于由采集所述待测控制系统的输出端采集所述待测控制系统响应所述方波信号生成的输出信号，以及所述待测控制系统的输入端输入的信号；

所述上位机还用于：按照预定的采样频率和采样点数通过所述信号采集器采集所述待测控制系统输入端与输出端的信号，并基于所述待测控制系统输入端与输出端的信号的采集时刻计算得到所述待测控制系统的响应时间。

可选的，上述控制系统实时响应测试装置中，所述上位机在控制所述方波信号源输出的方波信号比上一周期产生的方波信号增大预设时长时，具体用于：

控制所述方波信号源输出的方波信号的间隔比上一周期产生的方波信号的输出间隔增大1ms。

可选的，上述控制系统实时响应测试装置中，所述方波信号源通过改变每个周期的相位的方式，使得所述方波信号源输出的方波信号的间隔比上一周期产生的方波信号的输出间隔增大1ms。

可选的，上述控制系统实时响应测试装置中，所述方波信号源为可编程的信号输出卡PXI6733；

所述信号采集器为可编程的信号采集卡PXI6251。

可选的，上述控制系统实时响应测试装置中，所述上位机在基于所述待测控制系统输入端与输出端的信号的采集时刻计算得到所述待测控制系统的响应时间时，具体用于：

提取所述待测控制系统输入端的输入信号达到阶跃点的时间，记为第一时刻；

提取所述待测控制系统输出端的输出信号的达到阶跃点的时间，记为第二时刻；

将所述第二时刻与所述第一时刻之差作为所述待测控制系统的响应时间。

可选的，上述控制系统实时响应测试装置中，所述预设百分比为90％。

可选的，上述控制系统实时响应测试装置中，所述方波信号源具体用于通过以下方法计算得到每个周期所需调整的相位：

基于公式

算每个方波周期需要增加的相位

其中，所述T为所述述方波信号源输出的方波信号的周期。

可选的，上述控制系统实时响应测试装置中，所述上位机还用于通过显示器显示采集到的所述待测控制系统输入端与输出端的信号。

可选的，上述控制系统实时响应测试装置中，所述上位机还用基于计算得到所述待测控制系统的响应时间，基于预设模板生成并输出测试报告。

一种控制系统实时响应测试方法，包括：

控制控制方波信号源输出的方波信号比上一周期产生的方波信号增大预设时长；

获取待测控制系统的输出端响应所述方波信号源输出的方波信号输出的输出信号；

获取所述待测控制系统的输入端的输入信号；

按照预定的采样频率和采样点数通过信号采集器采集所述待测控制系统输入端与输出端的信号；

基于所述待测控制系统输入端与输出端的信号的采集时刻计算得到所述待测控制系统的响应时间。

基于上述技术方案，本发明实施例提供的上述方案，通过依据预设的预设时长增大所述方波信号源输出的方波信号的输出间隔，从而将方波从低电平转变到高电平(或高电平转换到低电平)的时间点覆盖控制周期的任意时间，实现了全周期触发覆盖的控制系统实时响应测试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中控制系统实时响应的常规测试方法的示意图；

图2为本申请实施例提供的控制系统实时响应测试装置的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的控制系统实时响应测试方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图2，本申请提供了一种控制系统实时响应测试装置，该装置可以包括：上位机100、方波信号源200、信号采集器300以及待测控制系统400；

所述方波信号源用于向所述待测控制系统400以及所述信号采集器300提供方波信号，所述方波信号源输出的方波信号的时刻受所述上位机控制，在本方案中，所述上位机用于控制所述方波信号源输出的方波信号比上一周期产生的方波信号增大预设时长，即所述方波信号源在输出信号时，当前时刻输出的方波信号与上一时刻输出的信号的间隔为t1，下一时刻输出的方波信号与当前时刻之间的间隔为t1+△t，所述△t即为增大的预设时长；所述方波信号源将产生的方波信号发送给所述待测控制系统的输入端，以及所述信号采集器的第一信号采集端；

所述待测控制系统在获取到所述方波信号源200输出的方波信号后，进行内部运算处理后，由其输出端输出一响应信号，所述信号采集器可由所述待测控制系统的输出端获取该响应信号，所述信号采集器除了采集该响应信号之外，还用于采集所述待测控制系统的输入端输入的信号，即采集所述方波信号源200输出的方波信号；

在本方案中，所述上位机在计算所述待测控制系统的响应时间时，还用于：按照预定的采样频率和采样点数通过所述信号采集器采集所述待测控制系统输入端与输出端的信号，并基于所述待测控制系统输入端与输出端的信号的采集时刻计算得到所述待测控制系统的响应时间。

在本申请实施例公开的上述方案中，通过依据预设的预设时长增大所述方波信号源输出的方波信号的输出间隔，从而将方波从低电平转变到高电平(或高电平转换到低电平)的时间点覆盖控制周期的任意时间，实现了全周期触发覆盖的控制系统实时响应测试。

在本申请实施例公开的上述方案中，所述方波信号源200和信号采集器300的类型可以依据用户需求自行选择，例如，在本申请实施例公开的技术方案中，所述方波信号源200可以采用可编程的信号输出卡PXI6733，所述PXI6733为高性能信号输出模块，其AO最大支持8通道，可以同时对所述待测控制系统的多个通道的响应速度进行测试，支持最大1M采样时钟(0.001ms)，完全可以达到本方案的设计的需求。所述信号采集器可以为可编程的信号采集卡PXI6251。所述PXI6251为高性能混合IO模块，AI最大支持16通道，支持最大10M采样时钟(0.0001ms)，实际设计中，选择16路AI通道采集方波信号源PXI6733的输出信号和所述待测控制系统的输出信号，将采集到的波形信号发送至上位机，采用AI硬件定时时钟，1000Hz采样频率，性能指标完全满足要求。

在本申请实施例公开的技术方案中，所增大的预设时长可以依据用户需求自行设计，在本方案中，所述预设时长可以为1ms，即，上述方案中，所述上位机在控制所述方波信号源输出的方波信号比上一周期产生的方波信号增大预设时长时，具体用于：控制所述方波信号源输出的方波信号的间隔比上一周期产生的方波信号的输出间隔增大1ms。

在本申请实施例公开的技术方案中，所述上位机在获取到所述信号采集器上传的、所述待测控制系统的输入信号和其输出信号时，采用下述方案计算得到所述待测控制系统的响应时间：

提取所述待测控制系统输入端的输入信号达到阶跃点的时间，记为第一时刻；

提取所述待测控制系统输出端的输出信号达到阶跃点的时间，记为第二时刻；

将所述第二时刻与所述第一时刻之差作为所述待测控制系统的响应时间。

在本方案中，判断信号是否达到阶跃点时的时间时，可以区该信号的最终数值，当监测信号与该最终值的比例达到设定值时，即可认为该信号达到阶跃点，将该监测信号与该最终值的比例达到设定值时的时刻作为信号达到阶跃点的时刻，例如，提取所述待测控制系统输入端的输入信号达到阶跃点的时间时，对所述待测控制系统输入端的输入信号进行检测，将所述待测控制系统输入端的输入信号达与所述待测控制系统输入端的输入信号的最终值之间的比例达到设定值的时刻作为所述第一时刻；提取所述待测控制系统输出端的输出信号达到阶跃点的时间时，对所述待测控制系统输出端的输出信号进行检测，将所述待测控制系统输出端的输出信号达与所述待测控制系统输出端的输出信号的最终值之间的比例达到设定值的时刻作为所述第二时刻，所述第二时刻与所述第一时刻之差，即为所述待测控制系统的响应时间。

在本申请上述实施例中，所述设定值的大小可以依据用户需求自行设定，例如，在本申请实施例公开的技术方案中，所述设定值可以为90％，即，所述待测控制系统输出端的输出信号/输入信号达与所述待测控制系统输出端/输入信号的输出信号的最终值之间的比例达到90％时，即可认为所述输出信号/输入信号达到阶跃点。

在上述方案中，所述方波信号源可以通过改变相邻两个方波信号的相位差的方式来增大所述方波信号的输出间隔，在本方案中，所述方波信号源输出的两个方波信号的相位差为递增关系，即，所述方波信号源的每个方波周期需要增加的相位

通过所述

实现所述方波信号源输出的方波信号比上一周期产生的方波信号增大预设时长。所述

可以通过公式

计算得到，其中，上述T为初始状态下的方波信号源的方波周期，所述△T为预设时长，所述△T的值不同，所得到的

的值也就不同。例如，当方波信号与上一方波信号之间的相位差为

其中X为一定值，则所述当方波信号与下一方波信号之间的相位差为

在本申请另一实施例公开的技术方案中，为了使测试更便捷直观，上述上位机还可以将采集到的波形信号直接展示在软件界面中，即，所述上位机还用于通过显示器显示采集到的所述待测控制系统输入端与输出端的信号。

在本申请实施例公开的技术方案中，用户可以自行设置测试过程的持续时长，当用户输入测试过程的持续时长以后，系统自动开始计时，并执行本申请实施例公开的上述测试流程，当计时时长达到设定的持续时长时，结束测试流程，从而实现了自动化测试。

进一步的，为了便于用户读取测试结果，本方案中当测试结束以后，还可以将测试结果加载到预设模板中，将所述预设模板展示给用户，用户通过所述预设模板即可读取测试结果，方便了用户使用。

本实施例中公开了一种控制系统实时响应测试方法，该方法中的各步骤的具体工作内容，请参见上述方法实施例的内容，下面对本发明实施例提供的控制系统实时响应测试方法进行描述。参见图3，该方法可以包括：

步骤S101：控制所述方波信号源输出的方波信号的间隔比上一周期产生的方波信号的输出间隔增大预设时长；

步骤S102：获取待测控制系统的输出端响应所述方波信号源输出的方波信号输出的输出信号；

步骤S103：获取所述待测控制系统的输入端的输入信号；

步骤S104：按照预定的采样频率和采样点数通过信号采集器采集所述待测控制系统输入端与输出端的信号；

步骤S105：基于所述待测控制系统输入端与输出端的信号的采集时刻计算得到所述待测控制系统的响应时间。

为了描述的方便，描述以上系统时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本发明时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种控制系统实时响应测试装置，其特征在于，包括：

上位机、方波信号源、信号采集器以及待测控制系统；

所述上位机用于控制所述方波信号源输出的方波信号的间隔比上一周期产生的方波信号的输出间隔增大预设时长；

所述方波信号源用于产生方波信号，并将所述方波信号发送给所述待测控制系统的输入端；

所述信号采集器用于由采集所述待测控制系统的输出端采集所述待测控制系统响应所述方波信号生成的输出信号，以及所述待测控制系统的输入端输入的信号；

所述上位机还用于：按照预定的采样频率和采样点数通过所述信号采集器采集所述待测控制系统输入端与输出端的信号，并基于所述待测控制系统输入端与输出端的信号的采集时刻计算得到所述待测控制系统的响应时间。

2.根据权利要求1所述的控制系统实时响应测试装置，其特征在于，所述上位机在控制所述方波信号源输出的方波信号比上一周期产生的方波信号增大预设时长时，具体用于：

控制所述方波信号源输出的方波信号的间隔比上一周期产生的方波信号的输出间隔增大1ms。

3.根据权利要求1所述的控制系统实时响应测试装置，其特征在于，

所述方波信号源通过改变每个周期的相位的方式，使得所述方波信号源输出的方波信号的间隔比上一周期产生的方波信号的输出间隔增大1ms。

4.根据权利要求1所述的控制系统实时响应测试装置，其特征在于，

所述方波信号源为可编程的信号输出卡PXI6733；

所述信号采集器为可编程的信号采集卡PXI6251。

5.根据权利要求1所述的控制系统实时响应测试装置，其特征在于，所述上位机在基于所述待测控制系统输入端与输出端的信号的采集时刻计算得到所述待测控制系统的响应时间时，具体用于：

提取所述待测控制系统输入端的输入信号达到阶跃点的时间，记为第一时刻；

提取所述待测控制系统输出端的输出信号的达到阶跃点的时间，记为第二时刻；

将所述第二时刻与所述第一时刻之差作为所述待测控制系统的响应时间。

6.根据权利要求5所述的控制系统实时响应测试装置，其特征在于，所述待测控制系统输出端的输出信号的初始值与所述输出信号的最终值的比例达到90％时，所述输出信号达到阶跃点；

所述待测控制系统输入端的输入信号的初始值与所述输入信号的最终值之间的比例达到90％时，所述输入信号达到阶跃点。

7.根据权利要求3所述的控制系统实时响应测试装置，其特征在于，

所述方波信号源具体用于通过以下方法计算得到每个周期所需调整的相位：

基于公式

算每个方波周期需要增加的相位

其中，所述T为所述方波信号源输出的方波信号的周期。

8.根据权利要求1所述的控制系统实时响应测试装置，其特征在于，所述上位机还用于通过显示器显示采集到的所述待测控制系统输入端与输出端的信号。

9.根据权利要求1所述的控制系统实时响应测试装置，其特征在于，所述上位机还用基于计算得到所述待测控制系统的响应时间，基于预设模板生成并输出测试报告。

10.一种控制系统实时响应测试方法，其特征在于，包括：

控制方波信号源输出的方波信号比上一周期产生的方波信号增大预设时长；

获取待测控制系统的输出端响应所述方波信号源输出的方波信号输出的输出信号；

获取所述待测控制系统的输入端的输入信号；

按照预定的采样频率和采样点数通过信号采集器采集所述待测控制系统输入端与输出端的信号；

基于所述待测控制系统输入端与输出端的信号的采集时刻计算得到所述待测控制系统的响应时间。

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