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武器工业技术论文 某武器装备xx组合自动测试设备的研制

2018-12-20 13:37:17来源:组稿人论文网作者:婷婷

  摘要

  “红箭”-9反坦克导弹系统(反坦克导弹发射车),是我国研制的,在世界上较先进、功能齐全的车载反坦克导弹武器系统之一,其具备多方面的高度自动化,属于世界一流的反坦克导弹系统,。某武器装备自动测试系统是某武器装备导弹系统中重要的组成部分,它通过大量的数据分析和信号测试处理,起到了自动检测和测试导弹性能的作用。本文根据原有的研究,结合目前的任务要求,对基于Labview的某武器装备自动测试系统的跟踪模块进行研究,分析了源程序的运行过程及实现原理,对其信号、参数、通道进行分析,再结合现阶段的要求,软件部分通过NI(National Instruments)公司的Labview虚拟仪器程序开发环境进行程序的编写,实现数据采集及信号的分析处理,并设计出相应的操作界面。硬件部分利用Altium Designer软件绘制信号调理电路。测试系统通过PC完成采集卡对电子箱的信号输出,同时检测电子箱对采集卡的信号输入,从而构成跟踪模块的设计。

  关键词:AFT09导弹、Labview、虚拟仪器、Altium Designer、跟踪系统

  一、绪论

  背景和意义

  某武器装备的介绍

  “红箭”-9反坦克导弹系统(HJ-9,HJ-9 anti-tank missile)(某武器装备反坦克导弹发射车),是中国研制,武器系统由筒装导弹、武器站、检测维修设备和模拟训练器等组成。车载反坦克导弹系统可伴随机械化部队一起行动,随时打击出现的坦克等装甲目标,红箭9可以贯穿大多数坦克的装甲。

  图1-某武器装备图

  某武器装备的优势和地位

  随着坦克护甲科技的提高和主动防护装甲的诞生,采用空心装药战斗部的反坦克导弹的攻击效力受到了很大限制。为了有效打击装备有这些装甲的坦克,中国新一代反坦克导弹经过科研人员的多年努力诞生了,它就是引人注目的“红箭”9反坦克导弹武器系统,其研制成功的说明了中国已经能够独立自主研发具有全球领先水平的武器系统。“红箭”9反坦克导弹武器系统主要用于攻击100米至5000米距离内的敌坦克和其他目标,在情况必要时也可以用来攻击敌钢筋水泥工事和火力点。其作战任务是为军、师级部队提供反坦克作战的骨干火力;与其他反坦克武器相配合,有效抗击敌装甲目标。

  Labview、虚拟仪器及数字信号处理的介绍

  2.1 Labview介绍

  Labview是一种程序开发环境,由美国国家仪器(National Instruments)公司研制开发,Labview编程技术如今已遍布各行各业,它以独特的图形化编程方式突破了传统编程方式的理念,使程序的开发和设计不再局限在专业人员的手中,Labview可以编写出高质量的程序,且效率出众。

  2.2 Labview与虚拟仪器

  虚拟仪器是计算机技术与仪器仪表技术结合的产物,它通过应用软件将计算机与各种硬件设备结合在一起,使用时用计算机的操作界面就可对测试设备进行管控,从而完成各种物理信号的采集、分析、处理、显示及数据存储。LabVIEW是实验室虚拟仪器工程平台的英文缩写,与传统的文本编程不同,LabVIEW采用图形化编程,以程序框图来组织程序设计,有程序框图的节点来传递数据的流动。

  Labview提供了大量的与传统仪器(如表盘、按钮、示波器、万用表)相类似的控件,便与高效的创建用户界面。此外,它由一个可以胜任各种编程任务的强大函数库,主要涉及数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据储存等。

  Labview与虚拟仪器有着密切的联系,主要涉及以下几个方面。

  ①虚拟仪器室基于计算机的仪器,两者的结合代表了一起发展的重要方向。其呈现方式有两种,一种是将计算机装入仪器,即所谓智能化仪器,临一中则是将仪器装入计算机。以通用计算机的硬件及操作系统为依托,实现各种仪器功能,虚拟仪器主要是采用这种方式。

  ②采用常规微机构建虚拟仪器或计算机测试系统时,需要用到一些插卡式的仪器来扩展其性能。由于这些卡式仪器没有自身的面板,因此需要以虚拟面板的方式来呈现,使用Labview可以快速有效的完成此类开发。

  ③虚拟仪器的研究涉及各种标准仪器的互联以及同计算机的连接,目前使用较多的是IEEE488或GPIG协议,而未来的仪器则是向网络化发展。

  ④在硬件相同的条件下,软件的变化能重分发或计算机的强大潜能和数据处理能力优势,为构造各种性能强大的虚拟仪器提供了有力的支持。

  某武器装备自动测试系统介绍

  某武器装备导弹自动测试系统,通过一系列的自动检查和测试来确定导弹导弹储存期间和发射前的状态,从而确保了导弹在储存期间的安全性,在发射过程中,不仅提高效率,还能确保能够精准的打击目标。导弹自动测试系统主要由数据采集器、配电器、数据传输设备、计算机系统、电源、显示器等部分组成,自动测试系统在近几年发展迅速,并且变得更加高效准确。

  数字信号处理介绍

  随着数字化与信息化的迅速发展,数字信号处理技术备受关注。大规模集成电路和专用数字信号处理器(DSP)的高速发展,是的数字信号处理在工程实现上有了实质性地突破,起应用迅速扩展到科学技术、工业与工程、国防以及大量的消费类产品。可以毫不夸张地说,数字信号处理技术影响着国防和经济的建设,人们的工作习惯,甚至思维方式。数字信号处理技术的发展与广泛应用,决定了其在电子信息类专业课程体系中的重要地位。

  虚拟仪器与数字信号处理

  虚拟仪器和数字信号处理都发挥了基于软件平台的优点,虚拟仪器通过利用图形化编程开发环境NI Labview使得易用性的优点得到进一步的发展,它能够让更多的人参与到软件开发和仪器设计,Labview不仅提供了与传统的基于文本的编程语言完全不同的图形化编程方式,使得编程过程变得更加直观和方便,同时还通过自带的MathScript兼容了文本的编程语言,使得用户可以兼容已有的算法,或者根据实际应用来选择合适的编程方式,从而大大节省了需要熟悉编程环境和语法所需要的大量时间。

  某武器装备自动测试系统xx模块

  跟踪模块介绍

  1.1 用途

  某武器装备xx装置是某武器装备装置的一个分系统,其主要作用是搜索和跟踪目标。搜索目标时,射手将单杆操作器置于搜索状态,操纵单杆使发射制导装置头部组件在方位高低两个方向运动,通过观瞄镜人工搜寻目标,当发现并确认目标后,将单杆置于跟踪状态,操纵单杆,对目标进行精准跟踪,使用瞄准镜的十字线压在目标上,形成引导导弹飞向目标的导引基准,直到目标被击中。

  1.2构造和实现功能

  跟踪装置由单杆操纵器、跟踪电子箱、方位电机测速机组、俯仰电机测速组和专用电缆组成(结构组成示意图如下所示)。

  方位传动机构

  方位电机测速机组

  头部组件

  XX电子箱

  单杆操纵器

  高低传动机构

  方位电机测速机组

  跟踪电子箱将单杆送来的指令信号处理成脉宽调制信号,经功率放大后驱动电机转动,从而带动头部组件转动,进行目标搜索和跟踪。

  由于跟踪装置在整个武器站工作过程中,工作时间场(要求能够连续四个小时),并且在使用过程中,很容易使电机工作在堵转状态,因此,功率器件的发热和散热问题,显得尤为突出,在设计功率驱动电路时,采用驱挽驱动形式,优化电路设计,精心选择参数,使功率放大模块导通和截止时间极短,波形的干净规整,大大减小功率消耗。

  NI PXI-6229和PXI6723介绍

  AFT09导弹自动测试系统用到的检测板卡分别是PXI-6229和PXI-6229由美国国家仪器公司设计生产,在整个系统中使用了三块PXI-6229和一块PXI-6723。

  NI PXI-6229的优势和重要参数

  32路AI(16位,250 kS/s),4路AO,48路DIO,PXI多功能I/O模块—PXI‑6229提供了模拟I/O、相关的数字I/O、两个32位计数器/定时器和数字触发。PXI3229为从实验室自动化、研究、设计验证/测试到制造测试等各种应用提供了低成本的可靠DAQ功能。可使用SCC或SCXI信号调理模块来为设备添加传感器和高电压测量功能。

  2、NI PXI-6723的优势和重要参数

  13位,32通道,800 kS/s PXI模拟输出模块,PXI6723提供了低成本、高密度的模拟输出,可满足激励响应、信号仿真、波形生成和执行器激励等诸多应用的需求。此外,该设备还提供8条5V TTL/CMOS数字I/O线;两个24位20 MHz计数器/定时器;数字触发和外部时钟功能。

  ​PXI‑6723可以替代几种仪器,包括独立式比例积分微分(PID)控制器、低速任意波形发生器和函数发生器。可以控制每个通道的每个数据点,以定义方波、正弦波或锯齿波等常见波形以及复杂波形。

  四、XX装置的软件和硬件设计

  跟踪模块的软件通过LabVIEW进行编写,主要由三个主VI(开机状态、方位通道检测状态和高低通道检测状态)及多个子VI构成,下文将对三个主VI分别进行说明和描述,也会引出部分较为关键的子VI。

  开机状态检测

  开机状态检测VI是跟踪模块的第一步测试,分别对电源+15V、-15V、电压+56V进行采集处理分析,若采集到的电压符合标准值(+15V、-15V、+56V),则对应的合格布尔灯亮,反之则不合格布尔灯亮,当三个数据都符合标准值,则测试合格,若有数据不符合标准值,则测试不合格,同时在测试结束之后可以保存测试报表。软件前面板布局如图所示所示。

  开机状态检测部分的主要作用是:在跟踪装置开启时,对跟踪模块的初始化检测,检测跟踪装置的电压输入和输出是否正常,保证设备的正确运行,保证之后的检测正常。

  图-2 开机状态检测

  1.1 开机状态中信号的处理方法/算法

  开机状态中一共需要测试三个信号,分别文电源+15V、电源-15V和GZ_电压(+56V/+15V),这三个信号都是电子箱模拟输出信号,NI采集卡为模拟输入,三个信号的采集卡引脚分配分别为:PXI6229(2)ai-16、PXI6229(2)ai-15和PXI6229(2)ai-13,电源+15V、电源-15V和GZ_电压(+56V/+15V)由电子箱模拟输出,经调理电路通过电阻分压模拟输入至NI采集卡。

  1.2测试流程

  测试开始,现将板卡(PXI-6229和PXI6723)初始化,由三个布尔按钮,即开始测试、返回上级、保存报表组成一个二维数组,再将二维数组转换为数值,当产生的数值为1时开始测试,第一步定义板卡的数字线(line),在延时100ms后对三个模拟输入(+15V、-15V、+56V)进行测试并生成波形图,经过循环显示波形图,根据设定的标准值与允许误差范围来判断信号是否合格,最后可以选择返回上级,或者生成ABC二维数组后根据规定的格式生成报表。

  图3-开机状态程序运行流程图

  方位通道检测状态

  方位通道和高低通道检测是跟踪装置检测的主要部分,因为跟踪装置是一个简单的人-机半自动化电气位置跟踪系统,射手作为系统的测量原件(人眼)测得瞄准镜十字线和目标的偏差,并通过操纵单杆发出控制指令,最后由功率放大电路驱动力距电机(为增加系统阻尼,减小振荡,力矩电机轴上装有测速电机构成反馈环)带动头部组件运动,使得十字线压在目标上。当十字准线移动向目标时,分为方位(左右)和俯仰(高低)的移动,方位通道检测模块的作用就是在单杆移动时,检测方位(左右)的信号是否正常。

  方位通道检测分为跟踪和搜索两种状态,在测试过程中可以手动切换,先手动输入单杆信号频率(HZ),位移(-5~+5)和幅度三个数据,然后开始测试,测试分为两步,每一步开始测试后需要手动停止测试,开始测试后,对需要测试的六个信号进行波形显示,在测试结束后根据设定的标准值和允许误差范围判定测试是否合格。

  图4-方位通道检测状态前面板图

  2.1 方位通道检测中的信号与处理方法

  插针号信号名称标准值电子箱信号类型NI采集卡信号分配备注6单杆方位信号+-5V~+5V(1HZ正弦)AIPXI6723 AO-2运放作跟随器12方位信号输入+(方位推向左)0V或者8.3V电平AOPXI6229(2) AI-17运放作跟随器13方位信号输入-(方位推向右)0V或者8.5V电平AOPXI6229(2) AI-18运放作跟随器16方位功放输出-26V左右电平脉冲信号AOPXI6229(2) AI-21电阻分压,运放作跟随器17方位功放输入+26V左右电平脉冲信号AOPXI6229(2) AI-22电阻分压,运放作跟随器表1-方位通道检测信号表

  2.2 测试流程

  程序运行开始后,先进行板卡初始化,板卡初始化后,有单杆信号输入、先微信号输入和返回上级按钮组成数组并转化为数值(0/1/2/4),根据数值来规定下一步测试,由于第一步测试和第二步测试过程基本相同,下面只介绍第一步测试,测试开始后,输入单杆信号频率、幅度、左右限位信号,之后切换状态(跟踪窗台或搜索状态),之后开始对各个信号进行测试和波形显示,再按下停止测试或返回上级按钮,判断信号是否合格并通过布尔灯显示,可选择返回上级和保存报表。

  图5-高低通道检测程序流程图

  高低通道检测状态

  方位通道检测模块的作用就是在单杆移动时,检测高低(俯仰)的信号是否正常。

  与方位通道检测相同,高低通道检测分为跟踪和搜索两种状态,在测试过程中可以手动切换,先手动输入单杆信号频率(HZ),位移(-5~+5)和幅度三个数据,然后开始测试,测试分为两步,每一步开始测试后需要手动停止测试,开始测试后,对需要测试的六个信号进行波形显示,在测试结束后根据设定的标准值和允许误差范围判定测试是否合格。

  图6-高低通道检测状态前面板图

  3.1 方位通道检测中的信号与处理方法

  插针号信号名称标准值电子箱信号类型NI采集卡信号分配备注6单杆高低信号+-5V~+5V(1HZ正弦)AIPXI6723 AO-3运放作跟随器12高低信号输入+(高低推向左)0V或者8.3V电平AOPXI6229(2) AI-19运放作跟随器13高低信号输入-(高低推向右)0V或者8.5V电平AOPXI6229(2) AI-20运放作跟随器16高低功放输出-26V左右电平脉冲信号AOPXI6229(2) AI-24电阻分压,运放作跟随器17高低功放输入+26V左右电平脉冲信号AOPXI6229(2) AI-23电阻分压,运放作跟随器表2-高低通道检测信号表

  3.2 测试流程

  与方位通道检测状态流程相同,程序运行开始后,先进行板卡初始化,板卡初始化后,有单杆信号输入、限位信号输入和返回上级按钮组成数组并转化为数值(0/1/2/4),根据数值来规定下一步测试,由于第一步测试和第二步测试过程基本相同,下面只介绍第一步测试,测试开始后,输入单杆信号频率、幅度、左右限位信号,之后切换状态(跟踪窗台或搜索状态),之后开始对各个信号进行测试和波形显示,再按下停止测试或返回上级按钮,判断信号是否合格并通过布尔灯显示,可选择返回上级和保存报表。测试流程图下图所示。

  图7-高低通道检测程序流程图

  五、总结与展望

  1、实验总结

  经过几个月的不断学习和不断研究,某武器装备自动测试系统的xx模块已经成功完成,不论是在硬件还是在软件方面的学习研究,都让我受益匪浅,Labview和虚拟仪器的完美结合,不仅使得程序的编写更加的方便容易,同时在进行测试和调试时也更加的安全和快捷。图形化的编程是未来编程的发展趋势,它以独特的编程方式突破了传统编程方式的理念,使程序的开发和设计不再局限在专业人员的手中,Labview可以编写出高质量的程序,且效率出众。经过本次研究学习使我对图形化编程和虚拟仪器的使用有了基本的认识,也让我有了浓厚的兴趣,为我以后的就业发展积累了经验。

  对Labview及图形化编程的展望

  Labview作为一种很流行的编程技术,现在已经遍布各行各业,特有的图形化编程方式也是其如此成功的原因,它使我们的编程方式不仅仅局限在文本编程,通过编程的图形化使程序结构更加清晰形象,同时大大的提高了我们的编程效率,传统的文本编程需要很多代码完成的功能,Labview可能只需要简单的一步就能完成,Labview可以编写出高质量的程序,同时使编程技术不仅仅掌握在专业人士的手中,图形化的编程是未来的编程趋势。

  3、对虚拟仪器的展望

  虚拟仪器目前日趋成熟,颠覆了传统工业局限,是仪器发展史上的一场革命,其具备高速、模块化、方便实用等优势,对现代科学的发展和工业的生产产生了不刻估量的影响,其用途覆盖了电子、电力、医疗、教学研究等多个重要邻域。未来虚拟仪器的发展趋势是网络化,组件一个健全的通用的仪器网络,充分利用互联网,不但能实现资源共享,还可以晚上测控系统的功能,并扩大其应用的范围,“网络就是仪器”这句话更说明了仪器网络化的发展趋势。

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