CC BY
105
УДК 697.1
C^. Байдаров, П.Н. Цибизов, Т.В. Астахова
ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ ИСПЫТАНИЙ ДАТЧИКОВОЙ АППАРАТУРЫ
Важным фактором проведения испытаний датчиковой аппаратуры на вибростен, ,
, -ний параметров датчиковой аппаратуры, является важной технической задачей. В статье обосновывается эффективность использования стандартных средств разработки, позволяющих получить программный продукт, обеспечивающий выполнение всех основных функций автоматизированной системы испытаний, в том числе взаимодействие с измерительной и управляющей аппаратурой. На основе полученных результатов разработан аппаратно-программный комплекс системы управления вибростендом.
Метрологическое обеспечение; автоматизация рабочего места; виртуальные приборы; графическая среда объектно-ориентированного программирования LabView; вибро-
.
S.U. Baydarov, P.N. Tsibizov, T.V. Astakhova
SOFTWARE AND HARDWARE AUTOMATION PROCESS TEST SENSOR
EQUIPMENT
An important factor in the test sensor equipment on the shaking table, is the work of the operator, subjective error which will affect the test results, so the building automation systems measurements of sensor equipment is a significant technical challenge. The article explains the effectiveness of standard development tools that enable a software product that ensures that all the basic functions of an automated testing system, including interaction with the measurement and control equipment. Based on the results developed hardware and software package management system shaking table.
Metrological support; automation workstation; virtual instruments; graphical environment object-oriented programming LabView; shaking table.
Современные масштабы и темпы внедрения средств автоматизации управления с особой остротой ставят задачу проведения комплексных исследований, связанных со всесторонним изучением и обобщением возникающих при этом проблем как практического, так и теоретического характера.
Для оценки метрологических характеристик вибродатчиков и датчиков ли, -ния протокола испытаний создаются автоматизированные рабочие места (АРМ) совместно с комплексом программного обеспечения (ПО).
Совокупная скорость решения функциональных задач по видам АРМ-комплекса
- скорость обработки существующих объемов данных в различных режимах работы. Обычно для определения значений этого показателя недостаточно знать только объемы информационной базы конкретного АРМ, паспортные характеристики и предоставляемых вычислительных ресурсов.
Поэтому для оценки значений этого показателя существенным является либо опыт эксплуатации на близких по классу объектах вычислительной техники, либо результаты, полученные на имитационных моделях, где базы данных соответствуют по объемам и строению данных реальным.
, , привести к погрешности результатов, отличающихся на порядок от полученных затем реальных оценок в ходе эксплуатации системы. Источником погрешности
чаще всего является неоднозначность алгоритмов работы, утилит операционных , , -
ции систем в многопользовательском многозадачном режиме на предельных ресурсах вычислительных систем или для их элементов объемах. В этом случае возможности прямого расчета с использованием характеристик быстродействия процессоров, внутримашинных каналов связи, каналов связи сетей, скорости доступа к данным по видам внешних устройств использоваться неэффективно не могут.
, -
делия на воздействие гармонической вибрации, широкополосной случайной вибрации, требуют больших трудовых ресурсов, а информационно-измерительная система не отвечает требованиям по точности и быстродействию воспроизведения . -
,
.
Для исключения данных недостатков возникла необходимость в разработке аппаратно-программного комплекса на базе прикладного программного обеспечения ЬаЪУКЖ Использование возможностей современных компьютеров способствует развитию методов обработки, анализа и протоколирования параметров в на.
Вибростенд представляет собой совокупность целого ряда устройств, два из которых являются обязательными: непосредственно вибратор и усилитель мощно,
вибратора. Вибратор в большинстве случаев электродинамический (могут быть гидравлические, пневматические, кулачковые и пр.). Вибратор и усилитель мощ-
, , . состав вибростенда в традиционном исполнении может входить большое количество различных приборов:
♦ генератор управляющего сигнала;
♦ вольтметр;
♦ измеритель нели нейных искажений;
♦ контрольные датчики и соответствующие предусилители.
Требуемое значение ускорения определяется частотой и амплитудой выходного сигнала генератора. Точность задания параметра отслеживается по контроль. ,
комплектными являются вибратор и усилитель мощности. Все остальные элементы вибростенда компонуются из устройств различных фирм. Наличие большого количества устройств существенно снижает надежность функционирования вибростенда и ограничивает возможности автоматизации работы вибростенда.
С учетом всего вышеизложенного целесообразно сформулировать ряд основ, -зированного управления вибростендом:
♦
точностью или по задаваемой программе;
♦ ручное и программное выставление параметров генерации;
♦ сопряжение с основными типами вибропреобразователей (сигналы по на-
, , , );
♦ метрологические характеристики со поставимы с характеристиками рабочих эталонов вибропроверки;
♦ автоматизированная минимизация нелинейных искажений при синусои-
.
Структурная схема рабочего места испытателя до автоматизации представлена на рис. 1.
Генератор Усилитель Вибростенд
мощности
Контрольный
датчик
Средство
измерения
Испытуемый
датчик
Средство
измерения
Рис. 1. Структурная схема рабочего места испытателя до автоматизации
Структурная схема разработанного автоматизированного рабочего места представлена на рис. 2. Значение виброускорения, воспроизводимого вибростендом, определяется параметрами выходного сигнала генератора, которые вычисляются в ПЭВМ. Измеренное при помощи контрольного датчика значение требуемого ускорения передается в ПЭВМ. В случае отклонения заданного параметра от требуемой величины ускорения автоматически производится подстройка.
ПЭВМ Генератор Аттенюатор Усилитель Вибратор
Система сбора данных
Нормирующий
преобразователь
Контрольный
датчик
Испытуемый
датчик
Рис. 2. Структурная схема разработанного автоматизированного рабочего места
На основе структурной схемы составим функциональную схему.
1 и
11^,а) 1 Объект
Рис. 3. Функциональная схема
- -
том. Объектом управления в данном случае является вибростенд. Обратная связь в функциональной схеме служит для регулирования измеряемой величины виброу-.
В качестве основы для разработки калибровочно-испытательного стенда выбран вибростенд фирмы Т1га модели ТУ5220. Благодаря большой номинальной , -рением даже объектов с относительно большой массой. Максимальное ускорение нагруженного вибростола составляет 73 g. Максимальное непрерывное смещение вибростола равно 25,4 мм.
На рис. 4,а представлена амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) вибростенда Tira. Частота первого главного осевого резонанса вибростенда составляет 5 кГ ц. Для задания требуемого значения виброускорения необходимо определить параметры выходного сигнала генератора. Из-за нелинейности АЧХ вибростенда эта процедура длительная и трудоемкая, что существенно усложняет процесс про. , более тонкой регулировки амплитуды в схему включен аттенюатор.
Управление приборами осуществляется с помощью команд SCPI (Standart Commands for Programmable Instruments - стандартные команды для программи-).
В ходе исследования выводилась функциональная зависимость между частотой и напряжением входного сигнала при заданном значении ускорения. Данная зависимость представлена на рис. 4,6.
а б
Рис. 4. Функциональная зависимость между частотой и напряжением входного сигнала при заданном значении ускорения
Весь диапазон разбивался на отдельные интервалы, и по каждому находилось аппроксимирующее выражение вида:
У = Р(1) • X" + Р(2) • X(*_1) +... + Р( N) ■ X + Р( N +1),
где Р(1), Р(2)...Р(п) - коэффициенты характеристического уравнения (вычислялись с помощью пакета программ Ма1;ЬЬаЬ), х(N - значения входного сигнала; у(Щ - значения выходного сигнала.
Для получения оптимальных точностных характеристик выбирали порядок аппроксимирующего выражения N = 2, 3, 5. Полученные результаты, в виде вре-, . 5.
Анализ временных трендов наглядно показывает, что в случае аппроксимации многочленом 5-й степени перерегулирование не превышает 6 %.
Разработанный пользовательский интерфейс (рис. 6) соответствует структуре окна стандартной программы-мастера. После ввода исходных данных испытания проходят в автоматическом режиме. Время одного цикла снятия показаний с датчика, т.е. проход по точкам от 0 до максимума и обратно, занимает не более 3-5 . - -
ной точке нет необходимости проводить весь цикл измерения. Достаточно задать одно требуемое значение ускорения (применяется при настройке датчиков). Время достижения установившегося значения не превышает 11 секунд.
З0
эн 20 10 о
О 10 20 30 40 50 60
30
л 20 10
О 10 20 30 40 50 60
эз 20 10 о
О 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
г
Рис. 5. Временные тренды результатов
Адрес порта генератора
X и5Ш: :2391:: 1031: :МУ44035827: :0: :Ш5Т1* ▼
Наименование прибора
1 АдИепЬ ТесЬпо1од1е5,33220Д, М744035827,2,02-2,02-22-2 порт мультиметра
Щ ЙР1В1:: 9:: ПЧЗТЯ »
наименование прибора НЕ\М.ЕТТ-РДСКАРО,34970А, 0,13-2-2
Частота; Гц Ускорение
У 4210 $|1 М/сЛ2 |
Установить частоту Задать ускорение 1
Включить генератор Отключить генератор
- СЗ
Рис. 6. Разработанный пользовательский интерфейс
Полученные результаты показывают, что использование графической среды объектно-ориентированного программирования LabVIEW в процессе испытаний позволило снизить вероятность субъективной погрешности, вносимой оператором, повысить производительность испытаний датчиков в несколько раз, значительно сократить время проведения испытаний. Применение обратной связи между объектом управления и ЭВМ позволило увеличить точность задания требуемого параметра испытательного оборудования. Применение современных измерительных технологий позволило создать гибкую систему управления стендовым оборудованием и измерения параметров испытуемого изделия на основе стандартных аппаратных решений и мощного программного обеспечения.
Разработанная система используется при проведении испытаний вибродатчиков и датчиков линейных ускорений.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Шарапов В.М., Мусиенко МЛ., Шарапова ЕМ. Пьезоэлектрические датчики. - М.: Техносфера, 2006.- 632 с.
2. Лихачев В.Я. Техническая диагностика пневмогидравлических систем ЖРД. - М: Машиностроение, 1983. - 204 с.
Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н., профессор А.А. Зори.
Байдаров Сергей Юрьевич
ФГУП ФНПЦ «ПО «Старт» им. МБ. Проценко». Пензенский государственный .
E-mail: info@startatom.ru.
442960, ., . , , 1.
Тел.: 88412582755; факс: 88412651758.
Цибизов Павел Николаевич
E-mail: paul-startatom@yandex.ru .: 88412582810.
Астахова Татьяна Валерьевна
« ». .
E-mail: tani2104@mail.ru.
440026, г. Пенза, ул. Володарского, 8/10.
.: 88412591987.
Baydarov Sergey Urievich
Federal State Unitary Enterprise Federal Research and Production Center Production Complex Start named after M.V. Protsenko.
E-mail: info@startatom.ru.
1, Mira Prospekt, Zarechny, Penza Region, 442960, Russia.
Phone: +78412582755; Fax: +78412651758.
Tsibizov Pavel Nikolaevich
E-mail: paul-startatom@yandex.ru.
Phone: +78412582810.
Astakhova Tatiana Valerievna.
Limited Liability Company «Research Institute of Physical Measurements». Penza State University.
E-mail: tani2104@mail.ru.
8/10, Volodarskogo Street, Penza, 440026.
Phone: +78412591987.
УДК 621.396.98:629.783
С.А. Синютин
СОВРЕМЕННЫЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ И ИХ ВОЗМОЖНОСТИ ДЛЯ РЕШЕНИЯ НАВИГАЦИОННЫХ ЗАДАЧ В ГИБРИДНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ
Рассматриваются задачи, решаемые вычислителями гибридных навигационных систем. Показано, что характерными особенностями этих задач является большое количество операций с плавающей запятой и наличие большого количества периферийных устройств. Рассмотрена архитектура интегрированной системы для автомобильной навигации. Рассмотрены преимущества использования интегрированного подхода. Проанализированы линейки микроконтроллеров ведущих фирм, которые можно использовать для решения гибридных навигационных задач.
Навигационные системы; периферийные устройства.
