基于全局變量的數(shù)字輸出控制技術(shù)研究

毛 爽，張永興，米 征

(中國飛機(jī)強(qiáng)度研究所，陜西 西安 710065)

1 引 言

飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)是集合多學(xué)科的綜合大型工程，需要采用諸多系統(tǒng)和技術(shù)來完成[1]。其中，協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)加載試驗(yàn)載荷，以及觸發(fā)和標(biāo)識其他設(shè)備等工作，保證各系統(tǒng)的試驗(yàn)動作按照預(yù)定順序執(zhí)行，試驗(yàn)數(shù)據(jù)按照載荷標(biāo)識同步記錄[2，3]。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)通常使用數(shù)字輸出作為其他系統(tǒng)的觸發(fā)信號，單位數(shù)字輸出實(shí)現(xiàn)動作觸發(fā)，多位數(shù)字輸出實(shí)現(xiàn)載荷標(biāo)識[4]。吝繼鋒等對試驗(yàn)視頻監(jiān)視系統(tǒng)的載荷標(biāo)識疊加技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，并結(jié)合協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)的數(shù)字輸出可編程、試驗(yàn)?zāi)_本文件和載荷譜等功能[5-7]，提出了一種虛擬回路數(shù)字輸出控制技術(shù)，優(yōu)化了數(shù)字輸出控制算法，并獲得很好的應(yīng)用效果[4]。

本文以試驗(yàn)視頻監(jiān)視系統(tǒng)疊加載荷標(biāo)識為研究對象，在文獻(xiàn)[4]的虛擬回路數(shù)字輸出控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入了全局變量，提出了一種基于全局變量的數(shù)字輸出控制技術(shù)。該技術(shù)優(yōu)化了數(shù)字輸出實(shí)時(shí)解算算法，解決了視頻畫面上載荷標(biāo)識快速準(zhǔn)確顯示的問題，增強(qiáng)了試驗(yàn)文件配置的靈活性和穩(wěn)定性。通過試驗(yàn)，驗(yàn)證了該技術(shù)的準(zhǔn)確性，并已在飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)中廣泛應(yīng)用，受到試驗(yàn)委托方的一致好評。

2 虛擬回路數(shù)字輸出控制技術(shù)

試驗(yàn)過程的視頻數(shù)據(jù)是飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)的一項(xiàng)重要數(shù)據(jù)，為了更好地通過視頻監(jiān)視畫面分析試驗(yàn)運(yùn)行狀態(tài)，要求在畫面中疊加試驗(yàn)載荷標(biāo)識，作為實(shí)時(shí)同步關(guān)聯(lián)載荷狀態(tài)的參考。

2.1 原理

視頻畫面的載荷標(biāo)識疊加技術(shù)，主要通過在協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)中建立虛擬控制回路，在載荷譜中關(guān)聯(lián)其他物理通道對應(yīng)的載荷級數(shù)，在試驗(yàn)動作中編寫數(shù)字輸出置位腳本文件對應(yīng)全部載荷級數(shù)百分?jǐn)?shù)。在試驗(yàn)運(yùn)行中，根據(jù)載荷施加順序調(diào)用相應(yīng)腳本文件，實(shí)現(xiàn)將載荷標(biāo)識百分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)換為8位數(shù)字輸出信號，傳給試驗(yàn)視頻監(jiān)視系統(tǒng)的硬件解碼設(shè)備，解碼后疊加到視頻畫面上。視頻畫面疊加載荷標(biāo)識的原理如圖1所示，疊加載荷標(biāo)識的視頻畫面如圖2所示。

圖1 視頻畫面疊加載荷標(biāo)識的原理圖

圖2 疊加載荷標(biāo)識的視頻畫面

2.2 虛擬回路數(shù)字輸出控制技術(shù)

文獻(xiàn)[4]中的虛擬回路數(shù)字輸出控制技術(shù)，采用協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)的數(shù)字輸出可編程功能，替代腳本文件，實(shí)現(xiàn)了載荷標(biāo)識實(shí)時(shí)自動解算二進(jìn)制數(shù)輸出，虛擬回路數(shù)字輸出控制技術(shù)的原理如圖3所示。

圖3 虛擬回路數(shù)字輸出控制技術(shù)原理圖

數(shù)字輸出通道的控制算法為“湊數(shù)法”，公式如下：

其中，X為十進(jìn)制的載荷標(biāo)識百分?jǐn)?shù)，是局部變量，調(diào)用時(shí)必須重新聲明和定義，DOi為第i位數(shù)字輸出信號，n為數(shù)字輸出的位數(shù)，一般取8，就可以滿足絕大多數(shù)試驗(yàn)需求。

對8位數(shù)字輸出的湊數(shù)法解算流程在文獻(xiàn)[4]中已經(jīng)介紹，不再贅述，數(shù)字輸出通道在計(jì)算模式下的解算程序編輯如圖4所示。

圖4 數(shù)字輸出解算程序示例

圖中X定義為虛擬回路(本文示例為CTRL 000009)的命令，該段程序可自動解算最高位的數(shù)字輸出信號。根據(jù)“湊數(shù)法”可依次編寫其他7位數(shù)字輸出解算程序，就可以將載荷標(biāo)識百分?jǐn)?shù)解算成8位二進(jìn)制數(shù)字輸出，省去了編寫大量腳本文件的工作量，數(shù)字輸出響應(yīng)迅速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定，試驗(yàn)監(jiān)控視頻加載百分?jǐn)?shù)連續(xù)顯示。

3 全局變量設(shè)置

由于虛擬回路數(shù)字輸出控制技術(shù)中的X是局部變量，在其他數(shù)字輸出解算程序中必須對X進(jìn)行重新聲明和定義。為了簡化這些程序，使得程序編寫運(yùn)行更加靈活、穩(wěn)定，須在虛擬回路數(shù)字輸出控制技術(shù)的基礎(chǔ)上引入全局變量：首先，聲明和定義該全局變量，賦值為虛擬通道的命令；然后在數(shù)字輸出解算程序中直接調(diào)用該變量，引入全局變量后的原理如圖5所示。

圖5 引入全局變量的原理圖

3.1 全局變量的聲明與定義

在試驗(yàn)文件的“數(shù)據(jù)采集通道”中配置一個(gè)虛擬輸入通道，系統(tǒng)將自動生成一個(gè)全局變量DACQ 000001，此變量可以在本試驗(yàn)文件中任意調(diào)用，不必聲明和定義。

由于該全局變量需要被定義為虛擬回路的命令，要求該變量的參數(shù)(包括量程、單位等)與虛擬回路中的虛擬輸入通道全部保持一致，否則調(diào)用時(shí)就會出現(xiàn)錯(cuò)誤，參數(shù)設(shè)置如圖6所示。

圖6 全局變量與虛擬回路參數(shù)設(shè)置

在“數(shù)據(jù)采集通道”的虛擬輸入通道計(jì)算編輯器中，可以對該全局變量進(jìn)行聲明和定義，本示例定義為虛擬回路的命令值，即載荷標(biāo)識百分?jǐn)?shù)，全局變量的聲明和定義如圖7所示。

圖7 全局變量的聲明與定義

3.2 數(shù)字輸出控制算法優(yōu)化

由于引入全局變量，使得數(shù)字輸出解算程序不用重復(fù)定義變量X，可直接調(diào)用變量DACQ 000001，因此在數(shù)字輸出計(jì)算編輯器中的解算程序可以優(yōu)化為如圖8所示的形式。

圖8 數(shù)字輸出解算程序優(yōu)化

對比圖4的局部變量，直接省略變量聲明和定義的程序語句，減少了編程工作量。同時(shí)，對于不同試驗(yàn)工況的虛擬回路不是同一編號時(shí)，使用原方法需要多次聲明和定義局部變量，而使用基于引入全局變量的數(shù)字輸出控制方法，只需要一次聲明和定義全局變量，增強(qiáng)了試驗(yàn)文件配置的靈活性，減少文件配置錯(cuò)誤率。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

通過手動輸入載荷標(biāo)識和自動運(yùn)行試驗(yàn)載荷譜兩種方式，驗(yàn)證基于全局變量的數(shù)字輸出控制技術(shù)的正確性和穩(wěn)定性。

手動輸入載荷標(biāo)識可以驗(yàn)證任意載荷標(biāo)識(本示例的范圍為0～255%)的8位數(shù)字輸出的響應(yīng)速度和準(zhǔn)確程度。驗(yàn)證過程為：在協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)的虛擬回路中，輸入命令值為0～255中的任意一個(gè)載荷標(biāo)識百分?jǐn)?shù)，在顯示軟件中顯示8位數(shù)字輸出信號，查看數(shù)字輸出板卡驅(qū)動的8路繼電器響應(yīng)狀態(tài)，與輸入值的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行對比，驗(yàn)證該技術(shù)的響應(yīng)速度和準(zhǔn)確性。例如，輸入命令值為15.9，由于全局變量定義時(shí)默認(rèn)為整型，實(shí)際值則為15，其二進(jìn)制數(shù)為00001111，顯示軟件如圖9所示，視頻畫面如圖10所示。通過同時(shí)對比全局變量、顯示軟件數(shù)字輸出、繼電器和視頻畫面的載荷標(biāo)識，驗(yàn)證該技術(shù)在手動輸入載荷標(biāo)識時(shí)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字輸出快速準(zhǔn)確響應(yīng)。

圖9 手動輸入載荷標(biāo)識驗(yàn)證

圖10 疊加載荷標(biāo)識的視頻畫面

自動運(yùn)行試驗(yàn)載荷譜可以驗(yàn)證在試驗(yàn)加載過程中數(shù)字 輸出的響應(yīng)速度和準(zhǔn)確程度。驗(yàn)證過程為：在協(xié)調(diào)加載控制系統(tǒng)采用試驗(yàn)載荷譜進(jìn)行測試，在模擬運(yùn)行模式下，驗(yàn)證載荷動態(tài)變化過程中的全局變量、數(shù)字輸出、繼電器狀態(tài)和視頻畫面的載荷標(biāo)識等對應(yīng)情況。

通過試驗(yàn)驗(yàn)證，可以得到如下結(jié)論：

(1)通過顯示軟件和繼電器響應(yīng)的情況，可以發(fā)現(xiàn)，全局變量、數(shù)字輸出、繼電器和視頻畫面的載荷標(biāo)識均一致。從而得知，驗(yàn)證該技術(shù)在手動輸入載荷標(biāo)識和正式試驗(yàn)的載荷變化過程中，均可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字輸出快速準(zhǔn)確響應(yīng)，證明該技術(shù)準(zhǔn)確。

(2)在正式試驗(yàn)的載荷變化過程中，該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)以1%為單位的逐級顯示，增強(qiáng)了視頻數(shù)據(jù)與載荷標(biāo)識對應(yīng)的精確性，更有利于準(zhǔn)確分析視頻數(shù)據(jù)。

(3)當(dāng)出現(xiàn)試驗(yàn)程序文件回退運(yùn)行時(shí)，該技術(shù)不會出現(xiàn)數(shù)字輸出滯后一級的現(xiàn)象，真正實(shí)現(xiàn)了載荷標(biāo)識的數(shù)字輸出實(shí)時(shí)精準(zhǔn)解算，保證了任何情況下視頻畫面的載荷標(biāo)識與載荷譜一致。

5 結(jié) 論

本文以試驗(yàn)視頻監(jiān)視系統(tǒng)疊加載荷標(biāo)識為研究對象，在文獻(xiàn)[4]的虛擬回路數(shù)字輸出控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入了全局變量，提出了一種基于全局變量的數(shù)字輸出控制技術(shù)。該技術(shù)優(yōu)化了數(shù)字輸出實(shí)時(shí)解算算法，解決了視頻畫面上載荷標(biāo)識快速準(zhǔn)確顯示的問題，增強(qiáng)了試驗(yàn)文件配置的靈活性和穩(wěn)定性，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證該技術(shù)可以增強(qiáng)視頻數(shù)據(jù)與載荷標(biāo)識對應(yīng)的準(zhǔn)確性。該技術(shù)目前已應(yīng)用在多項(xiàng)飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度試驗(yàn)中，受到試驗(yàn)委托方的一致好評。