机载电源特性测试系统开发

0引言

随着多电直升机和全电直升机的发展,直升机上的各种电子设备日益增多,用电量不断增加,整个供电系统的结构和控制越来越复杂,供电系统的浪涌、尖峰等瞬态变化过程会对电源系统产生一定的影响。为实现对直升机机载设备的电源特性测试和监控,完成各种电源特性测试试验,提升机载设备的性能和功能,本项目开发了一套直升机机载电源特性测试系统,可基于电源测试标准GJB181—1986、GJB181A—2003、GJB181B—2012、MIL—STD—704F和RTCA/DO—160G,完成机载设备电源特性测试,对不同的测试架构可进行自动切换,无须重复接线,同时能够对测试过程中的数据进行采集、分析、波形显示^[1—2]。

1 电源特性测试系统的总体方案

电源特性测试系统的总体方案如图1所示。

电源特性测试系统由电源特性测试软件基于GJB181—1986、GJB181A—2003、GJB181B—2012、MIL—STD—704F和RTCA/DO—160G测试标准来控制6套APS15000线性功放和1台LVA2500线性功放输出不同的电压波形,根据测试架构的需要由自动切换控制软件来控制测试架构切换机柜中的接触器的通道实现不同测试架构的切换,最后通过测试台架的接线柱输出到被测试设备上,从而实现将不同的测试电源波形施加到被测试设备上进行试验。

整个测试系统在进行电源特性测试时,能够同步对测试过程中的电压、频率和电流信号数据进行波形显示、数据存储、测试参数校准和测试报告自动生成,进而实现整个测试试验过程的闭环。

2 电源特性测试系统硬件设计

2.1 电源特性测试系统硬件设备组成

电源特性测试系统由低压高频信号发生器、四象限线性功率放大器、尖峰信号发生器、连接网络(PLC模块)、自动切换控制软件测试计算机、数据采集装置、无感校准电阻柜等硬件装置和连接网络组成,如图2所示。

2.2测试拓扑设计原理

电源特性测试项具有常规测试、单相畸变频谱测试、三相畸变频谱测试、尖峰信号注入测试、校准电阻接入测试5种测试的拓扑结构切换功能,每种功能的测试拓扑如下。

2.2.1常规测试

系统实现的常规测试拓扑如图3所示。

2.2.2单相畸变频谱测试

系统实现的单相畸变频谱测试拓扑如图4所示。

2.2.3三相畸变频谱测试

系统实现的三相畸变频谱测试拓扑如图5所示。

2.2.4尖峰信号注入测试

系统实现的尖峰注入测试拓扑如图6所示。

2.2.5校准电阻接入测试

系统实现的校准电阻接入测试拓扑如图7所示。

试验过程中,电源特性测试转换装置通过继电器的控制实现所需电感、电容、电阻、隔离变压器、尖峰发生器以及线路的自动切换,整个过程可以通过测试控制计算机实现。

3 电源特性测试系统软件设计

3.1 电源特性测试软件整体架构设计

整个电源特性测试软件采用模块化设计思路,模块之间既相互独立又相互耦合,这样不仅有利于提高软件的稳定性,还方便后续对软件的升级扩展,如图8所示。

3.2自动切换控制软件设计

自动切换控制软件通过控制PLC实现对接触器的切换,实现5种测试(常规测试、单相畸变频谱测试、三相畸变频谱测试、尖峰信号注入测试和校准电阻接入测试)的拓扑结构切换功能,该软件设计工作如下。

3.2.1软件整体设计架构

自动切换控制软件的整体架构设计如图9所示。

按照图9所示,整个自动切换控制软件采用模块化设计思路,软件能够同时控制PLC控制器和无感校准电阻柜。系统架构采用顶层设计结合模块设计,两套控制线路相互独立,这样不仅有利于提高软件的稳定性,还方便了后续对软件的升级扩展。

整个软件与被控设备之间是通过RS485串口通信协议进行数据交互的,系统硬件连接可靠,数据传输和指令控制稳定。

3.2.2 自动切换控制软件集成开发

基于某平台进行自动切换控制软件的开发,软件代码采用数据流方式执行,根据总体设计架构和功能开发的需求,完成自动切换控制软件的开发,软件整体界面如图10所示。

自动切换控制软件的特点:

1)当切换到某个测试架构时,能够对所有闭合的开关和线路的状态进行实时显示。

2)测试标准中的每一个测试项均能在自动切换控制软件中映射一种测试架构(完全包括技术协议中要求的架构),点击“切换电路”操作即完成线路架构切换。

3)三相无感校准电阻柜加减载控制:可以对A相、B相、C相的负载大小进行设定,并通过加载和卸载按钮控制指令的下发,实现系统带载测试,如图11所示。

4测试机柜布置

基于架构切换的需求,设计了相应的测试架构切换机柜,机柜特点为:

1)能够满足不同测试架构的切换;

2)内部带有排风系统和照明系统,方便系统散热和内部设备检修;

3)机柜外部安装有“应急停止”按钮,用于整个系统紧急停止;

4)机柜外部有系统测试状态指示灯,用于对设备工作和测试状态的指示。

5 试验测试

对整个测试系统开展软件基本功能测试,包括对“测试项”选择功能及参数设置、“导入”“导出”“链接”“配置PLC”“接通功放”和“测试”的测试操作,测试结果表明,可按预定的功能完成所需的性能测试。同时对测试项控制输出进行测试,包括基于GJB 181—1986、GJB181A—2003、GJB181B—2012、MIL—STD—704F和RTCA/DO—160G测试项控制输出测试,并对电源特性测试软件和数据采集分析软件的协同工作功能进行测试验证,测试结果表明,所有测试项均能控制输出,同时可完成电源特性测试软件和数据采集软件的协同控制。其中,TAC108的协同控制结果如图12所示,三相尖峰信号注入测试结果如图13所示。测试结果表明,电源特性测试系统运行稳定,系统功能及性能指标满足所规定的要求。

6 结论

本项目研制的以三相无感校准电阻柜、测试架构切换机柜、APS15000线性功放、LVA2500线性功放、尖峰信号发生器以及电源特性测试软件、自动切换软件组成的电源特性测试系统,可实现基于GJB 181—1986、GJB181A—2003、GJB181B—2012、MIL-STD-704F和RTCA/DO-160G测试标准的电源特性测试。典型样品试验表明,本项目研制的电源特性测试系统设计指标达到了设计要求。

[参考文献]

[1]高红红.机载电源检测系统的设计[J].西安工业大学学报,2009,29(6):534-538.

[2] 崔红梅.基于LabVIEW & LabWindows/CVI平台的虚拟测 试与分析仪的研究与开发[D].呼和浩特:内蒙古农业大学,2004.

《机电信息》2025年第12期第7篇