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基于FPGA的飛機(jī)電源參數(shù)測試設(shè)備設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2012-10-22 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

【摘 要】根據(jù)某型系統(tǒng)飛行試驗(yàn)需要,提出了一種基于設(shè)備,用于采集測試參數(shù)。傳感器采集電源參數(shù),通過光纖傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡,經(jīng)過 數(shù)據(jù)處理后傳送到上位機(jī),供用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和監(jiān)控。該設(shè)備的測試準(zhǔn)確度符合GJB5189-2003 的規(guī)定。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/193043.htm

  當(dāng)前,飛機(jī)上電力電子設(shè)備日益多樣化、復(fù)雜化,飛機(jī)電源系統(tǒng)的品質(zhì)直接影響飛行安全。因此在進(jìn)行飛行時(shí),需要對飛機(jī)提供的直流電源、交流電源進(jìn)行工作特性測量,并給出其參數(shù)的基本特性和動(dòng)態(tài)特性。

  對于電源瞬態(tài)特性參數(shù),目前沒有相應(yīng)的測量設(shè)備,從而需研制專用的瞬態(tài)電源動(dòng)態(tài)特性參數(shù)測量設(shè)備對其進(jìn)行測試,以滿足民機(jī)適航性試飛要求。

  本設(shè)備是一種專用測試設(shè)備,主要用于飛機(jī)交、直流電網(wǎng)參數(shù)采集測試,捕獲飛機(jī)電源系統(tǒng)的負(fù)荷突變、電壓突變,然后提供給地面數(shù)據(jù)卸載及預(yù)處理系統(tǒng),以評估被測飛機(jī)電網(wǎng)絡(luò)供電特性是否滿足相關(guān)國軍標(biāo)或設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。

  一、飛機(jī)電源特性參數(shù)

  飛機(jī)電源系統(tǒng)是飛機(jī)上電能產(chǎn)生、調(diào)節(jié)、控制和電能變換部分的總稱。飛機(jī)電源系統(tǒng)由交流電源系統(tǒng)和直流電源系統(tǒng)組成,交流電源系統(tǒng)向機(jī)上交流電網(wǎng)提供115/200V,400Hz三相交流電。直流電源系統(tǒng)向機(jī)上直流網(wǎng)路提供27V 低壓直流電。

  根據(jù)飛行科目要求,設(shè)備需測量飛機(jī)交流電源系統(tǒng)、直流電源系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)和瞬態(tài)參數(shù),包括穩(wěn)態(tài)交流電壓、瞬態(tài)交流電壓、穩(wěn)態(tài)交流電流、瞬態(tài)交流電流、穩(wěn)態(tài)頻率、瞬態(tài)頻率、電壓相位差、畸變頻譜幅值、直流畸變等46 種參數(shù)。

  電源參數(shù)的測試準(zhǔn)確度遵照GJB5189-2003 的規(guī)定:穩(wěn)態(tài)交、直流電壓測量在電壓為額定值時(shí)相對誤差在0.2%范圍內(nèi),瞬態(tài)交、直流電壓測量在電壓為最大極限時(shí)相對誤差在0.5%范圍內(nèi),交、直流電流測量在電流為額定值時(shí)相對誤差在0.8%范圍內(nèi)。

  二、總體設(shè)計(jì)

  飛機(jī)電源瞬態(tài)特性設(shè)備主要由嵌入式CPCIE/CPCI 計(jì)算機(jī)、4 塊12 通道數(shù)據(jù)采集卡、IRIG-B 時(shí)碼卡、 ARINC429 總線板卡、以及前端電壓、電流測量傳感器組成一個(gè)集成化、標(biāo)準(zhǔn)化的飛行電源動(dòng)態(tài)特性參數(shù)測量設(shè)備。

  該設(shè)備面向試飛工程師、數(shù)據(jù)處理工程師以及其它相關(guān)人員,為他們提供電源動(dòng)態(tài)特性數(shù)據(jù)。

  2.1 總體結(jié)構(gòu)

  電源瞬態(tài)特性參數(shù)測試設(shè)備包括傳感器、信號調(diào)理設(shè)備、信號采集記錄器、編程加載裝置等。其中信號采集記錄器由采集機(jī)箱、控制器板卡、ARINC429 總線板卡、時(shí)碼板卡、高速數(shù)據(jù)采集板卡、可拆卸固態(tài)記錄器、顯示器及鍵盤等組成,如圖1 所示:

圖1 電源瞬態(tài)特性參數(shù)測試設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

圖1 電源瞬態(tài)特性參數(shù)測試設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

  本設(shè)備的輸入信號包括:電壓、電流信號,IRIG-B 時(shí)碼信號和429 總線信號。其中,機(jī)載電源的電壓、電流信號,通過傳感器、信號調(diào)理設(shè)備將實(shí)際的電壓電流信號轉(zhuǎn)成適合板卡的電壓信號。整套設(shè)備與機(jī)載電源隔離,不會(huì)對飛機(jī)干擾飛機(jī)正常工作。

2.2 硬件組成

  傳感器主要用于交直流電流的變換,本測試設(shè)備的被測試信號包括電壓信號和電流信號,電壓信號直接分壓后進(jìn)入測試設(shè)備,以增加系統(tǒng)的帶寬,改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能;電流信號由電流傳感器變換后進(jìn)入測試設(shè)備。

  為了提高抗干擾性能和動(dòng)態(tài)性能,選用霍爾電流傳感器,將交直流電流轉(zhuǎn)換成200mA 以下的交直流小電流輸入到信號調(diào)理設(shè)備。

  信號調(diào)理設(shè)備完成信號的調(diào)理,主要包括電壓信號的衰減、電流-電壓信號的轉(zhuǎn)換、交、直流電壓畸變信號和交流電壓直流分量的調(diào)理等功能。調(diào)理后的模擬信號送入數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行采樣。

  采集器為3U CPCIE 機(jī)載計(jì)算機(jī),主要包括CPU 卡、電源數(shù)據(jù)采集卡、IRIG-B 時(shí)碼卡、429 總線卡、以及SATA 擴(kuò)展口,其組成如圖2 所示:

圖2 采集器組成結(jié)構(gòu)圖

圖2 采集器組成結(jié)構(gòu)圖。


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