摘 要： 潛艇主機(jī)遙控系統(tǒng)是潛艇主動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其工作狀態(tài)和接口信號(hào)十分復(fù)雜。結(jié)合虛擬儀器的思想，充分利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能，合理整合軟硬件資源，詳細(xì)分析了構(gòu)建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，研究了實(shí)現(xiàn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)。利用標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的硬件資源，配以自行研制的接口電路，構(gòu)建了自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了激勵(lì)和測(cè)試功能。通過編制完善的軟件，完成了繁雜的數(shù)據(jù)分析和邏輯推理功能。該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遙控系統(tǒng)整機(jī)和各分機(jī)的性能測(cè)試，并能夠?qū)收显O(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的故障診斷，將故障定位到元器件或者回路。 關(guān)鍵詞： 遙控系統(tǒng);虛擬儀器（VI）;自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（ATS）;故障診斷 Abstract: The remote control system of submarine’s main marine engine is the key part of submarine’s main power system and has various working status. It’s interface signal is very complicate. Combined with the thought of virtual instrument, every part to build the automatic test system is analyzed in detail and the key technologies in it’s implementation are studied. The strong function of computer is fully utilized and the software and hardware resources are rationally integrated. The hardware platform of the automatic test system is built to accomplish the functions of excitation and test by using the standard and general hardware resources, together with the interface circuits which are self-designed. The application is programmed completely to accomplish the complex functions of data analysis and logic reasoning. This automatic test system can not only test the functions of the remote control system as a integer or any sub-equipment, but also can diagnose the faults of the equipment. The fault component or fault loop can be located precisely. Keywords: remote control system; virtual instrument （VI）; automatic test system （ATS）; fault diagnosis 0 引 言 　　虛擬儀器技術(shù)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物，是當(dāng)今自動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)。其核心是利用飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)，通過共享計(jì)算機(jī)內(nèi)部的軟、硬件資源，編制、運(yùn)行儀器軟件，建立圖形環(huán)境和在線幫助機(jī)制，完成數(shù)據(jù)分析和處理功能，用靈活的虛擬軟面板實(shí)現(xiàn)儀器的激勵(lì)、測(cè)試和控制功能[1, 2]。 　　潛艇主機(jī)遙控系統(tǒng)是潛艇主機(jī)的自動(dòng)控制、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和安全保護(hù)設(shè)備，是潛艇主動(dòng)力系統(tǒng)的核心部件，它對(duì)潛艇動(dòng)力系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行十分重要，關(guān)系到整艘潛艇的安全性，是保證潛艇在航率和完成戰(zhàn)斗使命的關(guān)鍵因素。因此，無論是在設(shè)計(jì)制造階段，還是在潛艇服役后的各等級(jí)維修階段，都必須對(duì)潛艇主機(jī)遙控系統(tǒng)的各項(xiàng)功能進(jìn)行全面的測(cè)試，使其滿足戰(zhàn)技術(shù)要求。目前國內(nèi)進(jìn)行測(cè)試時(shí)只能采用人工操作、經(jīng)驗(yàn)判別的方式，過程復(fù)雜且工作效率低。這種測(cè)試方法已經(jīng)跟不上現(xiàn)代裝備維修保障工作的需要，更無法滿足現(xiàn)代高新技術(shù)裝備的測(cè)試要求[3]。有鑒于此，本文結(jié)合虛擬儀器的思想，研究了構(gòu)建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的詳細(xì)過程，分析了實(shí)現(xiàn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)，并研制出了某型潛艇主機(jī)遙控系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。 1 測(cè)試需求分析和總體方案設(shè)計(jì) 　　1.1 測(cè)試需求分析 　　根據(jù)主機(jī)遙控系統(tǒng)的工作環(huán)境和測(cè)試工作的需要，所設(shè)計(jì)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能： 　　1） 測(cè)試系統(tǒng)本身的自檢自校能力。 　　2） 程序化自動(dòng)測(cè)試和人工輔助測(cè)試功能。 　　3） 能提供被測(cè)設(shè)備及其部件正常工作和故障診斷所需的激勵(lì)信號(hào)、模擬負(fù)載等環(huán)境條件。 　　4） 能對(duì)主機(jī)遙控系統(tǒng)進(jìn)行功能檢測(cè)和性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果應(yīng)能直觀地顯示。 　　5） 具有信號(hào)處理、故障分析、故障定位能力，故障點(diǎn)定位要盡可能具體、準(zhǔn)確。 　　結(jié)合裝備的實(shí)際情況[1, 3]，對(duì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該遵循以下基本原則： 　　1） 以滿足部隊(duì)作戰(zhàn)需求、提高戰(zhàn)斗力為基本目標(biāo)，保障武器裝備系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性，提高可測(cè)試性和可維修性。 　　2） 從軍用武器系統(tǒng)的角度出發(fā)，在ATS各層次、全壽命各階段堅(jiān)持通用化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)原則，降低全壽命周期費(fèi)用、縮短研制周期。 　　3） 應(yīng)用模塊化的商品及其技術(shù)，采用集成化的構(gòu)造方式，確保系統(tǒng)的先進(jìn)性、開放性、擴(kuò)展性，保證測(cè)試系統(tǒng)本身的可靠性和長期穩(wěn)定性。 　　4） 應(yīng)用人工智能技術(shù)，研究故障診斷理論和方法，提高故障診斷和隔離水平，建立有效的故障診斷系統(tǒng)。 　　1.2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 　　自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的基本思想是：向被測(cè)對(duì)象送出測(cè)試矢量，接收對(duì)象在該測(cè)試矢量激勵(lì)下的響應(yīng)信息，再根據(jù)激勵(lì)與響應(yīng)之間的關(guān)系分析并“決策”和“產(chǎn)生”下一個(gè)激勵(lì)信號(hào)，如此進(jìn)行下去，最后對(duì)激勵(lì)序列和響應(yīng)序列進(jìn)行分析和處理，判斷被測(cè)試對(duì)象的功能是否正常，進(jìn)而進(jìn)行故障分析和故障定位。 　　在詳細(xì)分析主機(jī)遙控系統(tǒng)的工作原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)外自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的先進(jìn)思想[4～6]，根據(jù)測(cè)試需求，確定本文研究的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的總體測(cè)試方案如下： 　　1） 整機(jī)性能測(cè)試。針對(duì)控制系統(tǒng)整機(jī)的所有工作狀態(tài)，仿真整個(gè)控制系統(tǒng)的所有輸入信號(hào)，檢測(cè)其輸出信號(hào)，判斷整機(jī)功能是否正常，如有故障，初步確定系統(tǒng)的故障性質(zhì)與部位。 　　2） 分機(jī)性能測(cè)試。根據(jù)各分機(jī)的工作原理和功能，仿真各分機(jī)的所有輸入信號(hào)，檢測(cè)其輸出信號(hào)，判斷各分機(jī)的功能是否正常。 　　3） 故障設(shè)備的故障診斷。在工控機(jī)的控制下，根據(jù)需要向故障設(shè)備送出故障診斷激勵(lì)矢量，通過采集關(guān)鍵電子元器件的響應(yīng)信號(hào)，運(yùn)用合理的故障診斷方法尋找故障源，將故障定位到回路，并盡可能定位到元器件。 2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 　　2.1 遙控系統(tǒng)硬件組成 　　潛艇主機(jī)遙控系統(tǒng)由原動(dòng)機(jī)遙控裝置、離合器保護(hù)和信號(hào)裝置、電源和信號(hào)裝置、原動(dòng)機(jī)狀態(tài)復(fù)示裝置組成，各部分的連接關(guān)系及與潛艇上其它設(shè)備的連接關(guān)系如圖1所示。虛線部分為潛艇主機(jī)遙控系統(tǒng)。 　　遙控系統(tǒng)各部分的主要功能如下： 　　1） 原動(dòng)機(jī)遙控裝置。在原動(dòng)機(jī)處于遙控狀態(tài)時(shí)，完成原動(dòng)機(jī)的盤車、吹車、啟動(dòng)、調(diào)速、正常停車、應(yīng)急調(diào)節(jié)器停車、應(yīng)急保護(hù)停車等功能，顯示原動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警信號(hào)、停機(jī)信號(hào)，并與離合器保護(hù)和信號(hào)裝置一起對(duì)原動(dòng)機(jī)進(jìn)行安全保護(hù)。 　　2） 離合器保護(hù)和信號(hào)裝置。顯示氣動(dòng)輪胎離合器的狀態(tài)，接受全艇控制系統(tǒng)的信號(hào)并向其反饋信號(hào)，與原動(dòng)機(jī)遙控裝置一起對(duì)原動(dòng)機(jī)進(jìn)行安全保護(hù)，并與電源和信號(hào)裝置一起控制整個(gè)遙控系統(tǒng)的工作狀態(tài)。 　　3） 電源和信號(hào)裝置。將潛艇所供的電源處理后，根據(jù)遙控系統(tǒng)的工作狀態(tài)將電源分配到其它裝置，并與離合器保護(hù)和信號(hào)裝置一起控制整個(gè)遙控系統(tǒng)的工作狀態(tài)。 　　4） 原動(dòng)機(jī)狀態(tài)復(fù)示裝置。根據(jù)原動(dòng)機(jī)遙控裝置中各量的狀態(tài)對(duì)原動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警信號(hào)、停機(jī)信號(hào)等進(jìn)行復(fù)示。 [align=center] 圖1 遙控系統(tǒng)組成及與其它設(shè)備的連接關(guān)系 圖2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)硬件組成示意圖[/align] 　　2.2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)硬件組成 　　虛擬儀器具有硬件少、體積小、重量輕、功能強(qiáng)、可擴(kuò)充性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)儀器一樣，虛擬儀器可以劃分為數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析與處理、結(jié)果表達(dá)與輸出三大功能模塊。結(jié)合虛擬儀器的思想[2,7]，設(shè)計(jì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)方案如圖2所示。 　　圖2中被測(cè)試對(duì)象是待測(cè)試的遙控系統(tǒng)整機(jī)或者某一分機(jī)。電源電路向遙控系統(tǒng)和信號(hào)調(diào)理電路供電，其中遙控系統(tǒng)需要的是特殊的電源，需要購買專門的電源或者自行設(shè)計(jì)電源變換電路。 　　為了實(shí)現(xiàn)遙控系統(tǒng)整機(jī)或分機(jī)的自動(dòng)測(cè)試，需要為其設(shè)計(jì)專門的接口電路和信號(hào)調(diào)理電路，信號(hào)發(fā)生器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和被測(cè)試對(duì)象之間的所有信號(hào)都通過它傳遞，其主要作用有：①將信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的信號(hào)（模擬量、數(shù)字量等）根據(jù)需要轉(zhuǎn)換成遙控系統(tǒng)所能接受的信號(hào);②將遙控系統(tǒng)產(chǎn)生的信號(hào)（模擬量、數(shù)字量等）轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)采集設(shè)備所能接受的信號(hào)。 　　信號(hào)發(fā)生器的主要作用是：在工控機(jī)的控制下產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)換后送到遙控系統(tǒng)，即產(chǎn)生激勵(lì)矢量。 　　數(shù)據(jù)采集設(shè)備的主要作用是：在工控機(jī)的控制下，采集遙控系統(tǒng)在激勵(lì)矢量作用下的響應(yīng)信號(hào)（經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)換），然后將信號(hào)送到工控機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。 　　工控機(jī)在軟件的指揮下控制整個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的運(yùn)行，也是人機(jī)交互的主要途徑，它根據(jù)需要控制信號(hào)發(fā)生器向遙控系統(tǒng)發(fā)出激勵(lì)矢量，同時(shí)將遙控系統(tǒng)的響應(yīng)矢量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，判斷被測(cè)對(duì)象的功能是否正常并對(duì)其進(jìn)行故障診斷，最后將判斷結(jié)果及診斷信息通過顯示設(shè)備進(jìn)行顯示或通過打印機(jī)進(jìn)行打印。 3 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 　　虛擬儀器的軟件開發(fā)環(huán)境目前主要有兩類：一類是文本式的編程語言，如Visual C++、Visual Basic、C++、LabWindows/CVI等;另一類是圖形化編程語言，具有代表性的有LabVIEW、HPVEE等[8]。圖形化編程語言和文本式編程語言相比，具有編程簡(jiǎn)單、直觀、開發(fā)效率高的特點(diǎn);而文本式編程語言靈活性較好，用戶可以靈活的添加功能，而且比圖形化編程軟件開發(fā)成本低�？紤]到本自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)有大量的信號(hào)仿真、信號(hào)檢測(cè)、數(shù)據(jù)處理，而且需要有大量的圖形界面處理，選擇LabVIEW作為軟件開發(fā)平臺(tái)。程序框圖如圖3所示。 [align=center] 圖3 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)軟件程序框圖 圖4 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)主界面[/align] 　　系統(tǒng)開機(jī)后，首先進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)本身的自檢，如無異常，進(jìn)入自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)主界面，如圖4所示。用戶可以根據(jù)需要選擇測(cè)試方案，測(cè)試方案分為以下三種： 　　1） 整機(jī)功能測(cè)試。點(diǎn)擊主界面上的“整機(jī)功能測(cè)試”按鈕進(jìn)入整機(jī)功能測(cè)試主界面。當(dāng)控制系統(tǒng)的所有設(shè)備正常連接時(shí)，針對(duì)控制系統(tǒng)整體的所有功能（電源變換功能、信號(hào)指示功能、原動(dòng)機(jī)控制功能、遙控和保護(hù)功能），仿真模擬被控對(duì)象的工作過程，按照程序設(shè)置送給控制系統(tǒng)所需的輸入信號(hào)，檢測(cè)其輸出信號(hào)，根據(jù)輸入矢量和輸出矢量之間的關(guān)系判斷整機(jī)功能是否正常。如果功能測(cè)試不正常，則控制系統(tǒng)有故障，將故障定位到分機(jī)。 　　2） 分機(jī)功能測(cè)試。在“分機(jī)功能”測(cè)試區(qū)點(diǎn)擊分機(jī)名稱按鈕進(jìn)入相應(yīng)分機(jī)的測(cè)試界面。根據(jù)該分機(jī)的工作原理和功能，仿真模擬被控對(duì)象的工作過程和與其相聯(lián)系的其它分機(jī)的耦合信號(hào)，按照程序設(shè)置送給該分機(jī)所需的輸入信號(hào)，檢測(cè)其輸出信號(hào)，根據(jù)輸入矢量和輸出矢量之間的關(guān)系判斷該分機(jī)功能是否正常。若不正常，則該分機(jī)有故障，視具體情況可以初步確定該分機(jī)的故障性質(zhì)和故障部位。 　　3） 故障設(shè)備的故障診斷。當(dāng)通過“整機(jī)功能測(cè)試”或“分機(jī)功能測(cè)試”判斷出某個(gè)分機(jī)故障時(shí)，就要對(duì)該分機(jī)進(jìn)行詳細(xì)的故障診斷。故障診斷時(shí)可以采用各種合理、先進(jìn)的故障診斷方法搜尋故障的原因，盡可能將故障定位到元器件，提高故障診出率，并盡量減少漏報(bào)和誤報(bào)現(xiàn)象。本系統(tǒng)中采用以故障樹分析法為主、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理為輔的診斷方法。對(duì)故障設(shè)備故障樹的構(gòu)造，采取理論與實(shí)踐相結(jié)合的方法，即在詳細(xì)分析其工作原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合大量的人工診斷的經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)造合理的故障樹。故障診斷時(shí)，先將故障樹結(jié)構(gòu)存入計(jì)算機(jī)中，然后采取自上而下的方式進(jìn)行故障搜尋和定位，測(cè)試時(shí)，工控機(jī)根據(jù)需要不斷向故障設(shè)備送出故障激勵(lì)矢量，同時(shí)采集關(guān)鍵電子元器件的響應(yīng)矢量，根據(jù)激勵(lì)矢量和響應(yīng)矢量的關(guān)系進(jìn)行故障定位。當(dāng)需要輔助推理時(shí)，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理方法，最終搜尋到故障的真正原因。當(dāng)需要人工輔助時(shí)，軟件會(huì)提示用戶進(jìn)行輔助測(cè)試，并提示人工輔助的方法。 4 結(jié)論 　　本文詳細(xì)分析了構(gòu)建基于虛擬儀器的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，研究了實(shí)現(xiàn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)。并以LabVIEW為開發(fā)環(huán)境，開發(fā)出了某型潛艇主機(jī)遙控系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)遙控系統(tǒng)整機(jī)和各分機(jī)的性能測(cè)試，并能夠?qū)收显O(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的故障診斷。實(shí)際使用表明，該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)功能完善、界面直觀、操作簡(jiǎn)便、故障診出率高。 本文作者創(chuàng)新點(diǎn)： 　　1） 研究了將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于遙控系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試過程中的關(guān)鍵技術(shù)。 　　2） 通過合理整合軟、硬件資源，將上述技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際，研制出了某型遙控系統(tǒng)整機(jī)和各分機(jī)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。 參考文[b][/b]獻(xiàn) 　　[1] 黃智剛. 機(jī)載無線電設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 北京: 北京航空航天大學(xué), 2002. 　　[2] Guiehu W.. Virtual instruments and their application in experiments [J]. Proc. of ICEMI, 1997: 582-584. 　　[3] GJB 2547-95, 裝備測(cè)試性大綱, 1995. 　　[4] 朱大齊. 航空電子設(shè)備電子設(shè)備故障診斷技術(shù)研究[D]. 南京: 南京航空航天大學(xué), 2002. 　　[5] L. E Wang, K. C. Tall, X. D. Jiang, etal. A flexible automatic test system for rotating-turbine machinery [J]. IEEE Transactions on Automation Science and Engineering, 2005, 2 （1）: 1-18. 　　[6] 鄒明虎, 王志云, 高福生等. 基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的雷達(dá)印制板智能故障診斷系統(tǒng)研究[J]. 微計(jì)算機(jī)信息, 2004, 20（12）: 12-26. 　　[7] 陳光禹, 毛繼宏, 林春勛. 現(xiàn)代電子測(cè)試技術(shù)[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2000. 　　[8] 曹玲芝. 現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)及虛擬儀器[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.