飛機(jī)數(shù)字式供電綜合控制管理技術(shù)仿真

吳利華，楊號

（西安市140 信箱10 分箱，西安 710089）

0 引言

飛機(jī)供電系統(tǒng)是飛機(jī)的重要保障系統(tǒng)之一，它由電源系統(tǒng)和配電系統(tǒng)組成。隨著飛機(jī)各機(jī)載系統(tǒng)日益電氣化，呈現(xiàn)出使用電能逐步取代甚至完全取代其他二次能源的發(fā)展趨勢[1]，出現(xiàn)了“多電飛機(jī)”和“全電飛機(jī)”。飛機(jī)用電設(shè)備大幅增加導(dǎo)致電源功率隨之增大，飛機(jī)電網(wǎng)重量增加，可靠性降低以及維護(hù)困難等一系列問題。為了解決這些問題，現(xiàn)代先進(jìn)飛機(jī)都采用集散式控制系統(tǒng)，以減少電網(wǎng)的重量，增加系統(tǒng)的可靠性和維修性。有鑒于此，對其中的電氣多路傳輸、容錯供電及負(fù)載自動管理等技術(shù)進(jìn)行研究，實現(xiàn)對供電系統(tǒng)的綜合控制管理成為先進(jìn)飛機(jī)供電系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。[2]國外已在各型飛機(jī)上應(yīng)用了這些技術(shù)，而國內(nèi)在這些技術(shù)上處于研究階段，因而有必要對飛機(jī)供電系統(tǒng)的數(shù)字式綜合控制管理技術(shù)進(jìn)行建模、仿真等基礎(chǔ)研究。通過建立仿真平臺進(jìn)行設(shè)計方案的仿真和評估，驗證原理及方案的可行性，為以后的型號設(shè)計積累經(jīng)驗。

1 飛機(jī)數(shù)字式供電綜合控制管理系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.1 飛機(jī)數(shù)字式供電綜合控制管理系統(tǒng)

飛機(jī)數(shù)字式供電綜合控制管理系統(tǒng)由供電系統(tǒng)處理機(jī)（PSP）、發(fā)電機(jī)控制器（GCU）、輔助發(fā)電機(jī)控制器（AGCU）、應(yīng)急發(fā)電機(jī)控制器（EGEN GCU）、外部電源監(jiān)控器（EPCU）、左側(cè)直流控制保護(hù)器（LH DCPU）、右側(cè)直流控制保護(hù)器（RH DCPU）、左側(cè)直流功率控制器（LH DPCU）、右側(cè)直流功率控制器（RH DPCU）、左側(cè)交流功率控制器（LH APCU）、右側(cè)交流功率控制器（RH APCU）和遠(yuǎn)程功率配電裝置（RPDU）等組成。這些設(shè)備通過電氣數(shù)據(jù)總線（GJB289A）連接組成一個分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，通過總線進(jìn)行通信實現(xiàn)供電系統(tǒng)的數(shù)字式一體化綜合控制管理功能。[3]供電系統(tǒng)處理機(jī)完成飛機(jī)供電系統(tǒng)的綜合控制和管理，并實現(xiàn)飛機(jī)供電系統(tǒng)與綜合航電系統(tǒng)的通信。其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 飛機(jī)數(shù)字式供電綜合控制管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

供電綜合控制管理系統(tǒng)采用集散控制方式，由PSP 負(fù)責(zé)對供電系統(tǒng)進(jìn)行全面的控制和管理。為了提高可靠性，PSP 采用雙處理機(jī)布局。一個PSP 作為總線控制器，對所有的供電系統(tǒng)遠(yuǎn)程終端進(jìn)行控制，另一個作為備用總線控制器，它以遠(yuǎn)程終端的方式工作，對主控PSP 進(jìn)行冗余備份。[4-5]

1.2 飛機(jī)數(shù)字式供電綜合控制管理系統(tǒng)特點(diǎn)

飛機(jī)數(shù)字式供電綜合控制管理系統(tǒng)特點(diǎn)：

1）接口特性復(fù)雜，信號種類多。接口信號包括交流115 V/400 Hz模擬量信號、直流28 V模擬量信號、直流28 V/開路輸入輸出信號、直流28 V/開路驅(qū)動功率信號、地/開路信號等等，各接口的電流范圍從十幾mA到幾A 不等，因而接口功率變化范圍大，信號種類多，強(qiáng)弱電信號接口相互影響較大。

2）飛機(jī)數(shù)字式供電綜合控制管理系統(tǒng)除內(nèi)部各個子系統(tǒng)之間相互交聯(lián)外，還要與綜合航電系統(tǒng)進(jìn)行交聯(lián)，上傳供電系統(tǒng)的參數(shù)、狀態(tài)及故障信息。

2 飛機(jī)數(shù)字式供電綜合控制管理仿真設(shè)計

2.1 仿真系統(tǒng)組成

針對飛機(jī)數(shù)字式供電綜合控制管理系統(tǒng)的特點(diǎn)，數(shù)字式供電綜合控制管理仿真系統(tǒng)主要由電源系統(tǒng)及配電系統(tǒng)組成的供電控制管理系統(tǒng)，由供電系統(tǒng)處理機(jī)仿真器（PSPS）、發(fā)電機(jī)控制器、輔助發(fā)電機(jī)控制器和外部電源監(jiān)控器仿真器（GCU/EPCUS）、直流控制保護(hù)器仿真器（DCPUS）、左側(cè)交流功率控制器仿真器（LH APCUS）、右側(cè)交流功率控制器仿真器（RH APCUS）、左側(cè)直流功率控制器仿真器（LH DPCUS）、右側(cè)直流功率控制器仿真器（RH DPCUS）、遠(yuǎn)程功率配電裝置仿真器（RPDUS）和座艙信號采集器仿真器（CSCS）等組成，見圖2。

圖2 飛機(jī)數(shù)字式供電綜合控制管理仿真總線結(jié)構(gòu)圖

各仿真器分別實現(xiàn)結(jié)構(gòu)控制設(shè)備的接口和邏輯功能，通過GJB289A 總線連成一個分布式計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，建立起供電綜合控制管理系統(tǒng)仿真模型。[6]由于仿真系統(tǒng)中沒有設(shè)置綜合航電系統(tǒng)仿真器，因而PSPS 沒有直接實現(xiàn)與綜合航電系統(tǒng)的信息交互，綜合航電系統(tǒng)的飛行控制及任務(wù)數(shù)據(jù)通過座艙信號采集器仿真器（CSCS）完成模擬或處理。供電系統(tǒng)的狀態(tài)顯示、故障告警及維護(hù)操作等由PSPS 實現(xiàn)。仿真器均采用工控機(jī)，軟件采用LabVIEW 進(jìn)行開發(fā)實現(xiàn)。

2.2 仿真系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

1）供電系統(tǒng)處理機(jī)仿真器設(shè)計。

供電系統(tǒng)處理機(jī)仿真器的功能主要為：① 管理和控制功能，完成負(fù)載管理、總線通信管理、故障管理和維護(hù)管理等；② 狀態(tài)信息顯示功能；③ 故障顯示和告警功能；④ 總線通信功能。其軟件設(shè)計包括初始化模塊、總線通信模塊、界面顯示調(diào)度模塊、PSPS顯示模塊、負(fù)載管理模塊和維護(hù)模塊，結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 供電系統(tǒng)處理機(jī)仿真器軟件結(jié)構(gòu)圖

2）發(fā)電機(jī)控制器、輔助發(fā)電機(jī)控制器和外部電源監(jiān)控器仿真器設(shè)計。

發(fā)電機(jī)控制器、輔助發(fā)電機(jī)控制器和外部電源監(jiān)控器仿真器的功能主要為：①仿真發(fā)電機(jī)控制器、輔助發(fā)電機(jī)控制器和外部電源監(jiān)控器仿真器的控制功能和故障保護(hù)功能；② 狀態(tài)信息顯示功能；③ 自檢測功能；④ 總線通信功能；⑤顯示功能。其軟件設(shè)計包括初始化模塊、維護(hù)模塊、總線通信模塊、監(jiān)控處理模塊、主控模塊和顯示模塊等，結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

3）直流控制保護(hù)器仿真器設(shè)計。

直流控制保護(hù)器仿真器的功能主要為：① 供電控制和轉(zhuǎn)換功能；② 故障保護(hù)功能；③ 自檢測功能；④ 總線通信功能。其軟件設(shè)計包括初始化模塊、監(jiān)控模塊、狀態(tài)顯示模塊、故障設(shè)置模塊、主控模塊和維護(hù)BIT模塊等[7]，結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖4 發(fā)電機(jī)控制器、輔助發(fā)電機(jī)控制器和外部電源監(jiān)控器仿真器軟件結(jié)構(gòu)圖

圖5 直流控制保護(hù)器仿真器軟件結(jié)構(gòu)圖

4）交流功率控制器仿真器設(shè)計。

交流功率控制器仿真器分為左、右側(cè)功率控制器仿真器，其功能主要為：① 實現(xiàn)交流主匯流條、交流一次配電匯流條的供電轉(zhuǎn)換控制；② 完成負(fù)載自動管理功能；③ 對本側(cè)配電中心進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測；④ 完成總線通信功能等。其軟件設(shè)計包括初始化模塊、主控模塊、監(jiān)控模塊、維護(hù)模塊、狀態(tài)顯示模塊以及維護(hù)BIT 故障設(shè)置模塊等，結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。

圖6 交流功率控制器仿真器軟件結(jié)構(gòu)圖

5）直流功率控制器仿真器設(shè)計。

直流功率控制器仿真器也分為左、右側(cè)直流功率控制器仿真器，其功能主要為：① 實現(xiàn)直流一次配電匯流條的供電轉(zhuǎn)換控制；② 完成直流一次配電負(fù)載的自動管理功能；③ 對本側(cè)直流配電中心進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測；④ 完成總線通信功能等。其軟件設(shè)計主要包括初始化模塊、主控模塊、監(jiān)控模塊、維護(hù)模塊、故障設(shè)置模塊和狀態(tài)顯示模塊等，結(jié)構(gòu)圖如圖7所示。

圖7 直流功率控制器仿真器軟件結(jié)構(gòu)圖

6）遠(yuǎn)程功率配電裝置仿真器設(shè)計。

遠(yuǎn)程功率配電裝置仿真器的功能主要為：① 完成交、直流二次配電匯流條的供電轉(zhuǎn)換控制；② 實現(xiàn)二次配電負(fù)載的供電自動管理功能；③ 總線通信功能。其軟件設(shè)計包括初始化模塊、監(jiān)控模塊、主控模塊、維護(hù)BIT模塊、狀態(tài)顯示模塊、故障設(shè)置模塊等，結(jié)構(gòu)圖如圖8所示。

圖8 遠(yuǎn)程功率配電裝置仿真器軟件結(jié)構(gòu)圖

7）座艙信號采集器仿真器設(shè)計。

座艙信號采集器仿真器的功能主要為：①信號采集，完成對飛機(jī)負(fù)載控制信號及飛機(jī)狀態(tài)信號的采集以及處理；② 自檢測功能；③ 總線通信功能。其軟件設(shè)計包括初始化模塊、狀態(tài)設(shè)置模塊、狀態(tài)采集模塊、狀態(tài)顯示模塊、維護(hù)BIT模塊和總線通信模塊等，結(jié)構(gòu)圖如圖9所示。

圖9 座艙信號采集器仿真器軟件結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)束語

仿真系統(tǒng)在對飛機(jī)數(shù)字式供電綜合控制管理系統(tǒng)各個控制裝置進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上建立了供電系統(tǒng)處理機(jī)、發(fā)電機(jī)控制器、輔助發(fā)電機(jī)控制器和外部電源監(jiān)控器、直流控制保護(hù)器、交流功率控制器、直流功率控制器、遠(yuǎn)程功率配電裝置和座艙信號采集器等的仿真器，通過總線組成了飛機(jī)數(shù)字式供電綜合控制管理仿真系統(tǒng)。[8]該系統(tǒng)為設(shè)計方案的驗證和評估提供了方便，也為供電綜合控制管理技術(shù)的研究提供了良好的平臺，具有較大的應(yīng)用價值。

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