基于LabVIEW的陀螺平台测试系统设计与实现

姜 杨 陈明绚 沈 星

(1.南京航空航天大学 机械结构力学及控制国家重点实验室，南京 210016；2.中国人民解放军92419部队，辽宁 125106)

基于LabVIEW的陀螺平台测试系统设计与实现

姜 杨1，2陈明绚1沈 星1

(1.南京航空航天大学 机械结构力学及控制国家重点实验室，南京 210016；2.中国人民解放军92419部队，辽宁 125106)

陀螺平台的测量与控制是现代工业生产和试验过程中经常遇到的问题。针对传统陀螺平台测试系统的一些不足，研制了一种基于LabVIEW的陀螺平台测试系统。该系统以PXI总线型计算机为控制核心，综合运用了数据采集和转换技术，多种信号综合变换处理，实现了测试系统智能化，测试项目和指标满足陀螺平台的测试要求。

陀螺平台 LabVIEW 虚拟仪器 模块

1 引 言

陀螺平台是无人机飞行控制系统中的姿态感应元件，测量无人机的俯仰角和滚转角，输出给飞控计算机，是无人机实现自主飞行的关键部分。传统的陀螺平台测试设备陈旧，测量精度不高，测试工作效率较低，已很难适应航空装备检测自动化发展的需要。

虚拟仪器技术以其强大的功能和价格优势日益成为测试技术发展的主流[3]。利用虚拟仪器， 如美国NI公司的LabVIEW图形化设计软件，含有丰富的功能函数库和按钮控件，可以实对各仪器功能模块进行快速集成，从而使得测试系统更简洁、灵活和方便[2]。

2 工作原理简介

2.1 基本组成

陀螺平台相对于基座具有两个旋转自由度，内部有两个二自由度陀螺仪，同时有两套由信号电位计、稳定电机以及减速器组成对稳定系统，以承受作用在平台内外环轴上对干扰力矩。平台中还有两套由液体开关与修正马达组成对修正系统，以修正平台绕内外环轴对水平面的偏离，此外，平台中还有快速启动系统，在陀螺启动时使平台迅速恢复水平。

2.2 陀螺平台的稳定系统

两套稳定系统的电路相同，如图1所示为其中一套。I、II、III为36V三项交流电源的三项。当干扰力矩作用在平台上时，陀螺相对平台出现进动转角，电位计相对电刷产生位移而输出信号，这个信号直接送至稳定电机的控制绕组，稳定电机给出稳定力矩并通过减速器作用到平台内/外环轴上，起到反抗干扰力矩的作用，从而保证平台绕内/外环轴的稳定。

2.3 陀螺平台的修正系统

液体开关为五个电极，其中横向两个电极接到横向修正马达的控制绕组，纵向两个电极接到纵向修正马达的控制绕组。液体开关的中心电极经两个串联电阻接到电源III相，为克服低温时修正速度减小，其中一个串联电阻在低温时被双金属接触片短路。横向修正马达激磁绕组经外加继电器接到电源，以保证无人机转弯时切断横向修正作用，从而减小平台的盘旋误差。同样，纵向修正马达的激磁绕组经外加控制继电器接到电源，以减小平台的加速度误差。

3 智能检测系统设计

3.1 硬件系统设计

3.1.1 电源供电系统，包括36V(400Hz)三项交流电源和27V直流稳压电源。

3.1.2 PXI-1042Q嵌入式数字计算机一台，用于数据的运算、处理和存储。包括串口通讯卡、继电器控制卡、万用表卡、A/D卡、D/A卡、机箱总线母版等[1]。

3.1.3 飞控系统综合测试箱，包括IO转换板、开关阵板、信号调理板、电源板和底板。主要功能包括将27V转换成±15V直流信号，为信号调理提供滤除高频杂波和交流谐波的±15V电源[1]。

3.2 软件系统设计

3.2.1 系统功能模块

根据实验要求实现了±15V、DC输入电压，36V三相AC输入电压、精度测试、漂移测试、修正测试、启动时间和三项工作电流、电位计电阻测试七项功能模块检测。同时，本系统还实现了波形显示功能，将万用表卡的测量值送到波形图上实时显示，并将结果以EXCEL表格形式保存于指定磁盘。其软件模块测试流程如图3所示。

3.2.2 检测功能实现

3.2.2.1 ±15VDC输入电压模块。通过飞控系统综合测试箱的电源转换模块板将27V直流电压转换成±15V电压分别加在俯仰和滚转电位计两端，用于检测两种姿态下反馈电位计的输出电压值。

3.2.2.2 36V三相AC输入电压模块。利用万用表卡检测三项36V交流供电线电压值，判断供电电源三项的对称性。

3.2.2.3 启动时间和三项工作电流模块。通过检测陀螺平台启动后第一项工作电流大小，自动判断启动时间，并测量另外两项工作电流。

3.2.2.4 精度测试模块。通过观察俯仰和滚转电位计输出电压值和波形显示，检测陀螺平台稳定工作时的零位电压值。

3.2.2.5 漂移测试模块。用于检测陀螺静止状态下5min钟内横向和纵向偏离基础零位的度数。

3.2.2.6 修正测试模块。用于检测陀螺平台偏离基准零位后(大于5°小于8°)，俯冲/上仰/左倾/右倾四个方向修正5°所需要的时间。

3.2.2.7 电位计电阻测试模块。用于测量陀螺平台内部反馈电位计和分压电阻的电阻值。

3.3 测试过程

测试开始前将陀螺平台与测试设备专用电缆连接，启动36V交流和27V直流供电电源，点击“陀螺平台测试”，进入测试界面。测试过程中，根据测试项目需求点击相应的功能模块，例如，检测陀螺平台修正时间测试时，首先点击“漂移测试”，此时波形上方的“测试指示”灯亮，表明已经进入该项功能测试，自动进入第一个纵向漂移测量，点击“断开纵修”开关，点击“纵向计时”，计时器开始工作，当计时300s(即5min)时，计时器停止工作，纵向漂移右侧指示灯亮，同时，进入横向漂移测量，断开横向修正开关，计时300s后，横向漂移右侧指示灯亮，同时“测试指示灯”灭，表明“漂移测试”检测结束。其他功能模块测试过程与此相同。待所有功能测试结束后，点击“数据保存”，通过LabVIEW的文件操作功能，将测试结果数据写入EXCEL表格，并以测试时的系统时间命名保存。测试结果如图5所示。

4 结束语

本文介绍了一种基于LabVIEW 的陀螺平台测试系统，包括硬件系统的组成、软件系统的设计与实现过程。可实现对陀螺平台的启停控制，指标数据参数采集、计算处理、显示和存储。通过实验测试，各个功能模块功能运行正常，性能稳定。相对于传统陀螺平台测试方法，具有操作简单，人机界面友好，测量精度高等优点，可广泛应用。

[1] 姜杨等.基于LabVIEW的电动舵机智能检测系统设计与实现[J].宇航计测技术，2011(6).

[2] 谌娟娟，巨辉，刘鹏.基于LabVIEW的步进电机运行特性测试软件开发[J].微型机与应用,2014(5).

[3] 范春涛，徐城烽等.基于LabVIEW的电机转速测控系统研制[J].现代电子技术，2015(4).

[4] 孟超群.基于LabVIEW的电机型式试验数据采集系统[J].电机与控制应用，2013，40(5).

[5] 杨乐平,李海涛.LabVIEW程序设计与应用[M].北京:电子工业出版社，2005.

[6] 飞控系统技术说明书.南京：南京航空航天大学,2008.

Design and Implementation of Test System for Gyroscope PlatformBased on LabVIEW

JIANG Yang1,2CHEN Ming-xuan1SHEN Xing1

(1.State Key Laboratory of Mechanics and Control of Mechanical Structures，NanjingUniversity of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016, China；2.92419 Unit of PLA，Liaoning 125106, China)

Measurement and control of gyroscope platform are problems frequently encountered in the process of modern industrial production and testing. In view of the shortcomings to the traditional testing system of gyro platform, a testing system of gyroscope platform based on LabVIEW is developed. The system takes the PXI-bus computer as the control core, using data acquisition and conversion technology, with multiple signal transformation processing to accomplish the intelligent test system. Testing projects and targets meet gyroscope platform testing requirements.

Gyroscope platform LabVIEW Virtual instrument Module

2016-08-21，

2016-11-02

姜杨(1982-)，男，工程师，主要研究方向：无人机应用研究。

1000-7202(2017) 02-0018-04

10.12060/j.issn.1000-7202.2017.02.04

TP311

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