一种动态信号分析控制系统

技术领域

本发明属于飞控设计技术领域，具体涉及一种动态信号分析控制系统。

背景技术

扫频仪作为一个重要的测试仪器，在航空、航天、军工和工业控制等多个领域有着广泛应用。例如飞控系统机上地面试验是飞机首飞前必须进行的一项关键性试验，而扫频仪则是这项试验中的必要设备。在飞控系统机上地面试验中需要使用扫频仪完成电传飞控系统开环稳定储备试验、电传飞控系统闭环频响性能试验、机械操纵系统动态性能试验、自动飞行控制系统稳定储备试验、结构模态耦合试验等多个试验。

但是，现有的传统扫频试验，需要手动更换待测产品；针对每类待测产品，需要手动输入各种试验参数，且不可自动连续执行；测试结果需要使用人工记录的方式，不便于回看与二次计算。上述操作均需要大量的人工重复工作，且试验项无法自动连续执行，即无法实现多套待测产品汇接及自动选择，也无法实现待测产品特性参数的自动录入、自动测试、数据自动记录。

发明内容

本发明的目的是提供一种动态信号分析控制系统，解决了传统扫频试验需要大量的人工重复工作，且试验项无法自动连续执行的问题。

本发明所采用的技术方案是一种动态信号分析控制系统，包括动态信号分析仪，动态信号分析仪通过GPIB板卡与上位机相连接；动态信号分析仪由两台四通道频谱分析仪和一个矩阵切换盒集成。

本发明的特点还在于：

矩阵切换盒包括外壳，外壳内设置有PCB板，PCB板上集成有主控芯片和切换开关，外壳上设置有电源线、串口线、信号输入线、信号输出线和LED灯组，且分别与PCB板相连接；

串口线与上位机相连，信号输出线与动态信号分析仪相连，信号输入线与待测件的信号线相连。

矩阵切换盒的切换开关为8组4选1切换开关，切换开关包括干簧管继电器，每组均由4个干簧管继电器并联组成。

主控芯片的型号为10M08SE144I7N。

LED灯组与动态信号分析仪的信号通道一一对应相连。

GPIB板卡为NI的PCI-GPIB型功能板卡。

动态信号分析仪包括参数配置模块、设备自检模块、系统测试模块和数据回放模块。

本发明的有益效果是：

本发明一种动态信号分析控制系统，通过自研的矩阵切换盒将待测产品进行汇接，同时通过试验测试程序实现待测产品的切换、参数录入、试验执行及试验结果记录分析等功能；本发明一种动态信号分析控制系统，通过GPIB板卡可实现一台主机控制多个动态信号分析仪，可实现单机扩展，通过GPIB总线的数据交互可提高数据传输效率；本发明一种动态信号分析控制系统，通过矩阵切换盒将现有通道成倍数拓展，可自动执行系统的自动化测试流程，测试试验更加简单高效。

附图说明

图1是本发明一种动态信号分析控制系统的示意图；

图2是本发明一种动态信号分析控制系统中动态信号分析仪的工作原理图；

图3是本发明一种动态信号分析控制系统中矩阵切换盒的切换原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明第一种动态信号分析控制系统，如图1所示，包括动态信号分析仪，动态信号分析仪通过GPIB板卡与上位机相连接；动态信号分析仪由两台四通道频谱分析仪和一个矩阵切换盒集成。

动态信号分析仪的两通道/四通道频率响应范围：102.4kHz 1channel、51.2kHz2channel、25.6kHz 4channel；动态范围：90dB；精度：±0.15dB；通道误差：±0.04dB and±0.5范围；实时带宽：25.6kHz每个通道；捕获时间大于6个样本；可产生信号源类型：随机信号、脉冲信号、周期信号、正弦信号、噪声信号、扫频信号等。

优选地，矩阵切换盒包括外壳，外壳内设置有PCB板，PCB板上集成有主控芯片和切换开关，外壳上设置有电源线、串口线、信号输入线、信号输出线和LED灯组，且分别与PCB板相连接；

串口线与上位机相连，信号输出线与动态信号分析仪相连，信号输入线与待测件的信号线相连。

优选地，主控芯片的型号为10M08SE144I7N。

优选地，矩阵切换盒的切换开关为8组4选1切换开关，切换开关包括干簧管继电器，每组均由4个干簧管继电器并联组成。如图3所示。

优选地，LED灯组与动态信号分析仪的信号通道一一对应相连。

优选地，GPIB板卡为NI的PCI-GPIB型功能板卡。包括3.3VDC电压，120Ma，且内部供电；遵循IEEE488标准；其最大线缆长度为4m；操作温度：不高于50℃；

优选地，动态信号分析仪采用LABVIEW 2015图形化编程软件，包括参数配置，设备自检，系统测试和数据回放模块：

参数配置模块：完成系统测试需要的各项参数配置，使用户能更加方便，更加灵活的进行试验；通过源输出设置功能可设置动态信号分析仪源输出的信号类型、信号幅值、起止频率、扫描方式等参数；

设备自检模块：能够对动态信号分析仪和GPIB板卡进行自检，以便用户了解测试系统的运行状态；自检项目可选，若系统只有一台动态信号分析仪，可设置自检一台动态信号分析仪，若系统自带两台动态信号分析仪，为方便以后扩展，可支持两台动态信号分析仪的自检；可自动对测试系统中的动态信号分析仪和GPIB板卡自检，并列表显示自检结果，若自检失败，则在错误信息框内显示错误信息；

系统测试模块：通过系统试验完成对被测设备最终的测试，系统试验功能包括显示试验数据，设置试验参数并记录实验结果；自动设置X，Y轴绘图比例，以及实现多条曲线的同时显示；

数据回放模块：对于记录的数据，在后期分析时可通过打开对应的文件，实现过程数据的回放与分析；可对记录的信号进行回放，选择相应的文件路径开始进行回放，回放过程通过波形图表显示，可观察信号的动态过程；数据回放可实现多条曲线同时显示，通过通道选择按钮可选择所需要显示的通道；数据回放界面配有两个游标，并实时显示两游标之间的差值，方便用户计算分析数据。

本发明一种动态信号分析控制系统，其主要部件的作用分别如下：

动态信号分析仪：主要是由两台四通道的基于FFT的频谱/网络分析仪及两组GPIB接口组成，可实现8通道的信号交互及控制，其频率测量范围从接近DC到略高于100KHz，可提供频谱、网络、时域和幅度域的测量；其工作原理如图2所示；

矩阵切换盒：主要是用来实现端口的扩展和切换控制，以Intel公司的MAX10 FPGA芯片作为主控芯片，选用干簧管继电器作为切换开关，以RS422/RS485总线作为控制接口，电平转换采用ADM2582E隔离型422/485电平转换器，通过系统软件程控实现8路4选1切换开关的控制，具体为：系统软件通过串口按照预先制订好的通信协议向矩阵切换盒发送指令，以实现对矩阵切换盒内8路4选1切换开关的控制；如图3所示。

本发明一种动态信号分析控制系统，其工作原理在于：

将两台四通道频谱分析仪和一个矩阵切换盒集成为一套动态信号分析仪，GPIB板卡插在上位机计算机插槽，动态信号分析仪通过GPIB总线连接至GPIB板卡，实现上位机与动态信号分析仪之间的通信。上位机与矩阵切换盒通过串口线通讯。将动态信号分析仪的激励输出连接至矩阵切换盒作为矩阵切换盒的输出，将待测件的信号线连接至矩阵切换盒作为矩阵切换盒的输入，信号输出线与动态信号分析仪相连，用于动态信号分析系统测试使用。

试验人员可通过上位机人机交互软件对动态信号分析仪进行操作和控制，完成扫频试验和数据记录，本系统可实现对32个试验通道的控制，最多完成多套不同待测产品的连续试验，动态信号分析软件可完成扫频仪通道信号的幅值和频率的设置，显示响应曲线，并存储试验数据。

此外，动态信号分析控制系统设计有标准的以太网接口，可通过以太网连接远端的试验管理计算机，接收试验管理计算机的试验指令，完成试验并上报测试数据，实现待测产品的远程试验控制和自动测试。

动态信号分析仪与矩阵切换盒连接，可将每一路频谱分析通道进行拓展，通过矩阵切换盒的断联实现被测件的切换。系统集成了多种试验类，包含了该类下的试验流程模式、矩阵切换盒断联、试验参数动等，以便连续自动执行。

当需要测试时，选择待测产品，系统会根据待测产品类自动选择矩阵盒连接、试验流程与对应参数进而完成参数设置，并将指令发至动态信号分析仪；此时，系统检测测试是否完成，并将测试结果进行保存；当测试完成后，转至下一测试试验即可。免去了人工拔插、切换测试件、输入测试参数等流程，实现自动测试执行。

本发明一种动态信号分析控制系统已完成电传飞控系统开环稳定储备试验、电传飞控系统闭环频响性能试验、机械操纵系统动态性能试验、自动飞行控制系统稳定储备试验和结构模态耦合试验等多个试验。