使用NI VeriStand测试火箭推进系统

架构

基于VeriStand的测试软件系统有三个关键组件： 

• VeriStand引擎，用于在NI CompactRIO或PXI平台上处理数据和访问Linux实时控制器硬件I/O通道
  
• VeriStand网关，作为系统中所有数据的中央接入点，通常在操作员的电脑上运行
  
• VeriStand UI，通常在操作员的电脑上运行

^{图1：VeriStand系统的关键组成部分}

如图2所示，VeriStand的一个显著特点是可以轻松实现多用户和多实时硬件平台的扩展。

^{图2：配备多个控制器和用户操作站的分布式VeriStand系统}

系统浏览器和系统定义文件

VeriStand引擎的底层功能由系统定义文件(SDF)决定。系统操作开始时会将该文件部署至实时控制器。

通过VeriStand System Explorer配置的SDF涵括了警报和简单自动程序等功能，可据此实施红线监控等更复杂的响应。SDF还定义了其他功能，例如，数据处理（低通滤波）和数据记录。SDF中还可以设置通道间映射关系。

^{图3：VeriStand项目窗口（左）和System Explorer窗口（右）}

实时序列

在测试推进系统或任何其他待测设备(UUT)时，实时序列是定义系统行为的附加逻辑层。在推进测试中，实时序列定义了启动、运行和关闭推进系统的逻辑。实时序列还可包含中止逻辑，以定义系统对非正常情况的响应。

^{图4：通过实时序列添加其他系统逻辑}

实时序列通过激励配置文件编辑器创建并启动。

^{图5：激励配置文件编辑器用于创建和启动实时序列}

NI LabVIEW API

VeriStand包含的LabVIEW API可大幅扩展测试系统的功能。在开发人员平台上安装VeriStand后，LabVIEW工具选板上将添加一组用于访问该API的VI。API中包含用于读取和写入VeriStand通道的VI。

该API对于开发具有VeriStand中不存在或难以实现的功能的LabVIEW VI非常有用，例如读取和写入配置文件数据，以及控制用户界面元素的属性。

^{图6：工具选板中用于VeriStand的LabVIEW API}

图7：在LabVIEW中读取/写入VeriStand通道的VI

使用VeriStand进行推进测试

空气涡轮火箭测试(ATRX)

美国阿拉巴马州亨茨维尔的ATRX, Inc.公司正在开发一种名为空气涡轮火箭(Air Turbo Rocket)的独特推进系统，该系统结合了火箭发动机和喷气发动机技术。VeriStand用于在发动机测试的所有阶段远程控制测试台。这三个阶段分别是准备点火的测试前操作、用于发动机自动控制的明火测试（图8a）以及确保发动机和测试台安全的测试后操作。自动测试控制通过VeriStand警报、程序和实时序列组合实现。

ATR用户界面（图8b）由三个屏幕组成。其中一个屏幕包含P&ID框图，表示支架的流程网络。叠加在P&ID上的布尔控件支持用户切换阀门并控制支架上的其他设备。P&ID上的数值控件可显示压力和温度等关键仪表数据。该屏幕还用于启动实时测试序列，并具有序列生成器函数的软件联锁功能。

第二个屏幕用于配置明火测试参数，第三个屏幕显示实时仪表数据。

该测试台数据采集系统硬件的核心是一个cRIO-9030控制器和四个cRIO I/O模块。

a)空气涡轮火箭明火测试	b)操作员控制台

^{图8：使用VeriStand进行空气涡轮火箭测试}

小型推进器测试台

ATRX最近受一家商业NewSpace公司委托开发用于测试小型推进器的一站式测试台，这是可通过VeriStand实现生产力的范例之一。虽然这种推进器和支架上的推进剂供给系统与空气涡轮火箭系统有很大不同，但通过修改现有的ATR试验台软件，这种推进器试验台的软件开发只需约两周时间。该系统的功能之一则是可以基于LabVIEW的独立自动序列控制窗口演示LabVIEW API的用法（图9）。该窗口提供了一个软件联锁，在操作员输入唯一的PIN码之前，它将禁用明火自动序列启动(START)按钮。 

当客户开始使用该系统后，即刻就能感受到VeriStand的可扩展性和易用性。几天内，他们就能快速上手系统，并修改用户界面以满足需求。用户还能够在几乎没有ATRX支持的情况下修改实时明火序列测试要求。

^{图9：在LabVIEW中实现软件联锁}

其他系统

Bergmans Mechatronics, LLC (BML)是ATRX的姊妹公司，也是NI的合作伙伴。该公司将VeriStand用于多个其他推进测试系统。其中值得一提的BML项目是，他们为NewSpace客户开发了两个机架安装模块化数据采集和控制系统(M-DACS)，以用于推进测试（图10）。两个系统均使用VeriStand和CompactRIO硬件。

与ATRX小型推进器测试台类似，BML的客户可以快速熟悉VeriStand，且操作和修改这些系统几乎无需外部支持。

^{图10：模块化数据采集和控制系统(M-DACS)}