利用LabVIEW實時模塊縮減F-35聯合攻擊戰鬥機的測試成本與時間

Author(s):
Dave Scheibenhoffer - G Systems
Michael Fortenberry - G Systems

Industry:
Government/Defense, Aerospace/Avionics

Products:
Dynamic Signal Analyzers, PXI/CompactPCI, LabVIEW

The Challenge:
用一個可采集
、分析和存儲來自下一代噴氣式戰鬥機引擎設計的動態壓力數據的係統，來替換洛克希德馬丁航空公司的一個專用的基於VME的DSP 係統。

The Solution:
利用業界標準的、現成可用的技術


，其中包括PXI、MXI、UDP 和RAID

，以及LabVIEW實時模塊，創建一個滿足嚴格技術要求的
、緊密集成的數據采集與控製係統。

　　"通過LabVIEW實時模塊，可以在各種操作情況下獲得采集空氣壓力數據及向風洞提供反饋控製信號所需的確定性響應時間。"　

    便攜式數字數據采集係統（PDDAS）使用了LabVIEW實時模塊和PXI
，以控製風洞測試和采集記錄來自128個不同通道的空氣壓力數據。

　　顯著縮短測試周期

　　在G 係統有限公司，我們利用不到四個月的時間，完成了從基於VME 的設備到一個更為健壯、緊湊和可靠的數據采集與實時控製係統的升級。現在，洛克希德馬丁公司的工程師們可以在實現其通道數翻番的同時，以比其先前的VME設備提高10 倍的速度配置其基於PXI 的係統。而且
，便攜式數字數據采集係統（PDDAS）使測試周期從2 秒降至50 毫秒，所有這些費用都比僅僅升級基於VME的測試係統的一部分所需的成本要低。

　　對dui噴pen氣qi式shi引yin擎qing的de設she計ji改gai進jin需xu要yao引yin擎qing工gong作zuo參can數shu的de精jing確que表biao征zheng。為wei完wan成cheng此ci項xiang工gong作zuo，設she計ji工gong程cheng師shi們men檢jian視shi了le噴pen氣qi式shi引yin擎qing的de空kong氣qi壓ya力li分fen布bu
，以yi觀guan測ce在zai引yin擎qing渦wo輪lun入ru口kou處chu的de氣qi流liu模mo式shi扭niu曲qu。為wei采cai集ji這zhe一yi數shu據ju，需xu要yao一yi個ge關guan於yu飛fei行xing器qi的de精jing確que擴kuo展zhan模mo型xing和he一yi個ge接jie近jin音yin速su的de風feng洞dong來lai模mo擬ni實shi際ji工gong作zuo條tiao件jian。

　　洛克希德馬丁德公司的工程師們采用F-35 聯合攻擊戰鬥機測試中的設備擴展模型。由於已經確認其先前基於VME 的測試係統難以配置和升級
，洛克希德馬丁德公司的工程師們委托我們開發新型PDDAS 係統，以控製和采集來自其風洞測試的數據。

　　PDDAS包含基於兩個PXI 機箱的128個通道同時進行動態壓力測量的采樣，共配有16個NI PXI-4472動態信號采集模塊。初看之下
，兩個機箱似乎讓係統太複雜，顯得多餘；然而
，通過利用NI MXI 光纖拓展連接這兩個機箱，並沒有引入額外的複雜度。MXI 總線基本作為一個PCI橋連接第二個機箱。從軟件的觀點來看，第二個機箱內的板卡看似位於第一個機箱。PXI的采用還提供了以頗有競爭力的成本獲得足夠高的數據傳輸速率（132MB/s）
，以供後續擴展。

　　PDDAS還包含有NI SCXI-1520，它連接至一個麵向張力測量信號調理的全橋庫利特壓力傳感器。利用LabVIEW 實時模塊
，我們可以實現確定性的響應時間
，這對於采集空氣壓力數據和提供回饋至風洞的控製信號以改變工作條件都是必要的。

　　反射內存

　　利用PXI 架構，我們可以處理PDDAS 係統中采集的大量數據，而LabVIEW實時模塊處理所謂的“嗡嗡”計算（每50毫秒近450000次浮點計算），它ta搜sou尋xun引yin擎qing入ru氣qi口kou內nei的de一yi個ge諧xie振zhen條tiao件jian。在zai某mou些xie操cao作zuo參can數shu下xia，進jin入ru入ru氣qi口kou的de氣qi流liu可ke能neng會hui同tong相xiang。如ru果guo允yun許xu達da到dao完wan全quan諧xie振zhen
，所suo產chan生sheng的de作zuo用yong力li可ke能neng會hui損sun害hai引yin擎qing。為wei杜du絕jue這zhe一yi現xian象xiang


，PDDAS 係統持續監測接近嗡嗡的條件，並反饋至風洞控製係統以根據需要改變風洞的操作參數。

　　考慮到大數據量及高計算強度，嵌入式PXI-8176 Pentium 控製器沒有足夠的剩餘帶寬將采集到的數據保存到磁盤。為了解決這個問題
，我們在PXI 機箱中安裝了VMIC映射內存卡。NI 提供LabVIEW實時驅動來支持映射內存卡的安裝與配置。在該方案中，我們將采集數據映射到運行Windows 2000係統的Pentium主工作站上。工作站采用成熟的商用光纖通道卡及驅動，作為輔助任務將數據寫入獨立磁盤冗餘陣列（RAID）。映射存儲提供簡單優越的解決方案
，消除了係統潛在的瓶頸。

　　係統通信

　　因為PDDAS係統被應用於全國多個風洞中，所以Lockheed Martin的工程師需要找到一個普適的可向每個風洞控製係統提供實時反饋的機械裝置。因此我們在應用中采用用戶數據報協議（UDP）。盡管UDP協議並不是一個確定性協議
，但它適用於每個風洞設備。通過謹慎選取LabVIEW 任務屬性
，PDDAS 能夠以50 ms 的固定傳輸率發送UDP 包。