測控技術(shù)是一門新型的技術(shù)科學(xué)，也是一門邊緣科學(xué)。早在一千多年以前，我國就先后發(fā)明了銅壺滴漏計(jì)時(shí)器、指南針以及天文儀器等多種自動測控裝置，這些發(fā)明促進(jìn)了當(dāng)時(shí)社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。即使從 1788 年瓦特（ J.Watt ）發(fā)明蒸汽機(jī)飛球調(diào)速器算起，測控工程也已有了二百多年的歷史。然而，測控工程作為一門學(xué)科，它的形成并迅速發(fā)展卻是近五六十年的事?？v觀控制工程發(fā)展歷程，它是與控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代應(yīng)用數(shù)學(xué)的發(fā)展息息相關(guān)的。目前，控制理論正在與模糊數(shù)學(xué)、分形幾何、混沌理論、灰色理論、人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳基因等學(xué)科的交叉、滲透和結(jié)合中不斷發(fā)展。先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展日新月異，測試技術(shù)應(yīng)該適應(yīng)這種發(fā)展。根據(jù)先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的要求以及測試技術(shù)自身的發(fā)展規(guī)律，不斷拓展著新的測量原理和測試方法，以及測試信息處理技術(shù)。

　　實(shí)時(shí)測試技術(shù)指在一個(gè)實(shí)時(shí)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)測試應(yīng)用，主要用于幫助測試系統(tǒng)獲得更高的可靠性和/或確定性。因此，實(shí)時(shí)測試技術(shù)在許多產(chǎn)品和系統(tǒng)的開發(fā)過程中扮演者重要的角色。需要使用實(shí)時(shí)測試技術(shù)的例子還包括環(huán)境試驗(yàn)單元，測功機(jī)，硬件在環(huán)（HIL）仿真器以及其他類似的執(zhí)行閉環(huán)控制的測試系統(tǒng)，這些系統(tǒng)要求實(shí)時(shí)執(zhí)行平臺具有低抖動確定性。通過研究幾個(gè)實(shí)時(shí)測試（RTT）的應(yīng)用，我們可以看到它們是如何演變以應(yīng)對當(dāng)今測試工程師所面臨的各種挑戰(zhàn)的。

　　實(shí)時(shí)測試技術(shù)

　　一個(gè)常見的實(shí)時(shí)測試技術(shù)就是利用閉環(huán)控制，自動操縱測試系統(tǒng)中的物理變量，如溫度、位置、扭矩或加速。例如，實(shí)現(xiàn)一個(gè)環(huán)境測試系統(tǒng)，如壓力艙，測試艙除了需要給待測單元（UUT）提供激勵并查看其響應(yīng)之外，還必須在達(dá)到特定的狀態(tài)時(shí)實(shí)現(xiàn)以上這些功能。由于倉內(nèi)的壓力受到諸多因素的影響，如艙漏氣或UUT的特性變化等，測試工程師必須使用一個(gè)閉環(huán)控制算法以監(jiān)測壓力傳感器的數(shù)值并自動調(diào)整壓縮機(jī)和安全閥的控制信號，使實(shí)時(shí)壓力曲線與測試計(jì)劃中所要求的一致。要實(shí)現(xiàn)這樣的自動控制，閉環(huán)控制系統(tǒng)必須在確定的時(shí)間間隔內(nèi)，檢測系統(tǒng)狀態(tài)并調(diào)整控制命令。

圖 1 諸如壓力艙這樣的實(shí)時(shí)測試系統(tǒng)使用閉環(huán)控制系統(tǒng)以自動實(shí)現(xiàn)測試計(jì)劃所需的壓力條件。

　　另一個(gè)例子是硬件在環(huán)測試。這一實(shí)時(shí)測試應(yīng)用可以更加有效地測試電子控制系統(tǒng)。一個(gè)電子控制系統(tǒng)由電子控制單元（ECU）及其所控制的系統(tǒng)或環(huán)境組成。

　　當(dāng)測試一個(gè)電子控制系統(tǒng)時(shí)，由于諸如安全性、系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)性或者成本等方面的考慮，可能使得無法在一個(gè)完整的系統(tǒng)中執(zhí)行所有所需的測試。然而，由于ECU和系統(tǒng)的其它部分之間的閉環(huán)耦合，使得我們不使用完整系統(tǒng)就無法充分測試電子控制單元的性能。

　　硬件在環(huán)仿真使用了代表該系統(tǒng)的其他部分的軟件模型來模擬被測試的控制單元和系統(tǒng)的其余部分之間的傳感器和執(zhí)行器的交互。它可以為ECU創(chuàng)建一個(gè)虛擬環(huán)境，保持了系統(tǒng)內(nèi)的閉環(huán)耦合。為了準(zhǔn)確模擬傳感器和執(zhí)行器的交互，測試系統(tǒng)必須在連續(xù)或確定的時(shí)間間隔內(nèi)高確定性的執(zhí)行模型的計(jì)算。

圖2 硬件在環(huán)測試（HIL）是一種實(shí)時(shí)測試技術(shù)，它使用軟件來模擬缺失的系統(tǒng)組件從而完成電子控制設(shè)備的測試。

　　實(shí)時(shí)測試（RTT）系統(tǒng)的演變

　　為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，實(shí)時(shí)測試系統(tǒng)需要將多種功能整合起來，由此產(chǎn)生的系統(tǒng)可以同時(shí)滿足多種需求，而這些需求在以往則是分別由多個(gè)獨(dú)立的實(shí)時(shí)測試應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)的。

　　這種趨勢可以很好的體現(xiàn)在基于模型的測功機(jī)的出現(xiàn)上。通常情況下，測功機(jī)測試系統(tǒng)包括一個(gè)使用比例-積分-微分（PID）控制算法的實(shí)時(shí)測試應(yīng)用，來為UUT產(chǎn)生不同的負(fù)載和速度條件。該測試系統(tǒng)將靜態(tài)激勵曲線應(yīng)用到PID控制器和UUT上，用于執(zhí)行和驗(yàn)證設(shè)備?；谀Ｐ偷臏y功機(jī)系統(tǒng)是從傳統(tǒng)的測功機(jī)演變而來的，它使用模型來執(zhí)行控制算法以及生成動態(tài)激勵曲線。

　　Wineman Technologies公司的工程師使用NI的RTT平臺生產(chǎn)了6輪形式的獨(dú)立底盤測功機(jī)系統(tǒng)。為了充分測試他們的車輛，測功機(jī)需要能夠產(chǎn)生不同的測試條件，使其可以模擬車輛在不同地形上行駛的情況。

　　要實(shí)現(xiàn)這個(gè)測試系統(tǒng)，工程師們需結(jié)合他們實(shí)現(xiàn)測功機(jī)及HIL仿真器的經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)建一個(gè)相比傳統(tǒng)的測功機(jī)測試系統(tǒng)具有更多特性的測試系統(tǒng)，而這些特性更常見于HIL測試系統(tǒng)。具體來說，他們必須確定性地執(zhí)行復(fù)雜模型來提供動態(tài)激勵以產(chǎn)生6個(gè)相關(guān)的速度/扭矩的曲線以及執(zhí)行控制以完成此任務(wù)。

　　實(shí)時(shí)測試要求的整合也可以體現(xiàn)在歐洲研究機(jī)構(gòu)RobotikerTecnalia的應(yīng)用中。在他們研究和開發(fā)混合電動汽車（HEV）的動力總成系統(tǒng)的過程中，工程師們使用NI的實(shí)時(shí)測試平臺建立了一個(gè)專門的HIL測試系統(tǒng)。

　　他們沒有完全對汽車傳感器和執(zhí)行器與ECU的交互進(jìn)行電力仿真，而是用實(shí)際的機(jī)電組件取代了動力總成牽引驅(qū)動的軟件模型。然后，將這些組件與模擬汽車其它部分的軟件模型相連成閉環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)更和更靈活的測試系統(tǒng)（見圖3）。

圖3. 機(jī)械部件被添加到HIL仿真當(dāng)中，以幫助更有效率的開發(fā)和驗(yàn)證HEV動力總成系統(tǒng)

　　消費(fèi)者的期望、監(jiān)管機(jī)構(gòu)以及競爭壓力正在推動產(chǎn)品以越來越快的速度實(shí)現(xiàn)越來越復(fù)雜的功能。隨著企業(yè)試圖在激增的復(fù)雜性要求與較短的開發(fā)周期、更高的可靠性要求以及不變的甚至是減少的預(yù)算之間尋找平衡，實(shí)時(shí)測試技術(shù)在開發(fā)的進(jìn)程中的重要作用日益凸顯。

　　先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展日新月異，精密測試技術(shù)應(yīng)該適應(yīng)這種發(fā)展。精密測試技術(shù)在機(jī)械學(xué)科中的作用是為先進(jìn)制造業(yè)服務(wù)，擔(dān)負(fù)起質(zhì)量技術(shù)保證的重任。這就要求首先要以提高產(chǎn)品的質(zhì)量為出發(fā)點(diǎn)，這也是要達(dá)到的重要的目的。 其次是實(shí)時(shí)測試技術(shù)要提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效益。因此，檢測方法要能適應(yīng)快速發(fā)展生產(chǎn)的要求，不能單純?yōu)榱藱z測而檢測，更不能因?yàn)闄z測的要求而影響生產(chǎn)的效益，從更積極的角度出發(fā)，應(yīng)該是由于精密測試技術(shù)的良好服務(wù)從而促進(jìn)生產(chǎn)能力的提高。根據(jù)先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的要求以及精密測試技術(shù)自身的發(fā)展規(guī)律，不斷拓展著新的測量原理和測試方法。