基于PXI總線的飛機(jī)交直流電源綜合試驗(yàn)系統(tǒng)研究

郝世勇等

摘 要： 飛機(jī)電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，被測(cè)的數(shù)據(jù)類型多、數(shù)據(jù)量大，檢測(cè)難度大。利用計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)，構(gòu)建了一套基于PXI總線和LabVIEW虛擬儀器技術(shù)的飛機(jī)交直流電源綜合試驗(yàn)系統(tǒng)。經(jīng)試用證明，該試驗(yàn)系統(tǒng)綜合化程度高，通用性強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)同步采樣、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大、動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能好、實(shí)時(shí)性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞： PXI； 綜合試驗(yàn)系統(tǒng)； LabVIEW； 計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)

中圖分類號(hào)： TN06?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）11?0121?03

Abstract： Because it is difficult to measure the parameters of airplane AC & DC power supply due to its complex structure and lots of data types， mass data quantity， by means of computer control technology， a comprehensive test system based on PXI bus and LabVIEW virtual instruments technology was designed for airplane AC & DC power supply. The probation result shows that the test system has the advantages of multi?function， strong universality， multi?channel synchronous sampling， mass data strong ability， high dynamic and static performances， and high real?time performance.

Keywords： PXI； comprehensive test system； LabVIEW； computer control technology

0 引 言

飛機(jī)電源系統(tǒng)通常由主電源、二次電源、應(yīng)急電源、輔助電源及相關(guān)的控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)設(shè)備和配電設(shè)備等構(gòu)成，是現(xiàn)代飛機(jī)最重要的系統(tǒng)之一。隨著飛機(jī)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能的提高，應(yīng)用電能源的高科技機(jī)載設(shè)備越來(lái)越多，電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)其性能指標(biāo)的檢測(cè)也越來(lái)越難。而飛機(jī)電源系統(tǒng)的性能優(yōu)劣，又直接影響著飛行安全及飛機(jī)正常任務(wù)的完成。因此，構(gòu)建一套完整的試驗(yàn)系統(tǒng)開(kāi)展飛機(jī)交直流電源系統(tǒng)及其部附件的性能檢測(cè)就顯得極為重要[1]。

飛機(jī)電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、容量大，某些大功率設(shè)備不僅需要檢測(cè)開(kāi)環(huán)特征參數(shù)，而且需要檢測(cè)閉環(huán)特征參數(shù)，要檢測(cè)的數(shù)據(jù)類型多、數(shù)據(jù)量大。本文在綜合分析飛機(jī)電源系統(tǒng)及其設(shè)備性能的基礎(chǔ)上，結(jié)合GJB181A?2003《飛機(jī)供電特性》等國(guó)軍標(biāo)，利用計(jì)算機(jī)綜合測(cè)控技術(shù)，構(gòu)建了一套基于PXI總線和LabVIEW虛擬儀器技術(shù)的飛機(jī)交直流電源綜合試驗(yàn)系統(tǒng)[2?4]。經(jīng)試用證明，該試驗(yàn)系統(tǒng)綜合化程度高，通用性強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)同步采樣、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大、動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能好、實(shí)時(shí)性強(qiáng)。

1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)

本試驗(yàn)系統(tǒng)的測(cè)試對(duì)象是某型飛機(jī)的主電源系統(tǒng)及配電系統(tǒng)。根據(jù)具體定檢任務(wù)及重要設(shè)備日常校修工作的需求，確定本試驗(yàn)系統(tǒng)主要測(cè)試對(duì)象有：兩種類型的交流發(fā)電機(jī)及配套設(shè)備、某型直流起動(dòng)發(fā)電機(jī)及配套設(shè)備、匯流條功率控制器、三相交流電源指示器、單相交流電源指示器等三類電源系統(tǒng)。

為提高綜合試驗(yàn)系統(tǒng)的可維修性，系統(tǒng)硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，主要設(shè)備及部件均具有可更換性；有完整的內(nèi)部功能檢測(cè)接口，便于迅速查找故障原因。硬件系統(tǒng)主要由電源控制柜、程控電源機(jī)柜、變頻器控制柜、高速變頻拖動(dòng)臺(tái)、操控臺(tái)、交直流負(fù)載箱等6種主要設(shè)備組成[4?6]。硬件框圖如圖1所示。

整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的供電全部由電源配電柜引出，以操控臺(tái)作為整體的控制中心，整體的工作原理如下：整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)的供電采用三相四線制，供電容量為120 kV·A，該電源經(jīng)電源柜分配為兩個(gè)部分，一部分三相380 V供電電壓供給變頻器柜，經(jīng)變頻器給拖動(dòng)系統(tǒng)供電，另一部分采用變壓器隔離后給整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)、負(fù)載箱以及程控電源柜提供220 V單相交流電。操控臺(tái)作為控制核心，通過(guò)PXI總線控制變頻器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)拖動(dòng)臺(tái)的控制；通過(guò)總線控制程控電源，實(shí)現(xiàn)整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)電源的自動(dòng)化管理；通過(guò)操控臺(tái)內(nèi)部的開(kāi)關(guān)量控制，實(shí)現(xiàn)負(fù)載箱負(fù)載的自動(dòng)化控制；同時(shí)，操控臺(tái)也是被測(cè)設(shè)備的連接操作平臺(tái)，提供除發(fā)電機(jī)之外所有電源系統(tǒng)部附件的連接接口。

1.1 操控臺(tái)

操控臺(tái)是整個(gè)系統(tǒng)的主要核心部件，負(fù)責(zé)所有試驗(yàn)資源的綜合管理，外形示意圖如圖2所示。該操控臺(tái)內(nèi)部設(shè)有PXI控制器柜，用于放置系統(tǒng)的PXI控制器及其配套的接口板卡、UPS等計(jì)算機(jī)資源；操控臺(tái)上方為控制及接口部分，安裝有工業(yè)觸控液晶顯示器、設(shè)備連接插銷、開(kāi)關(guān)、按鈕等。

控制器系統(tǒng)是操控臺(tái)的主要設(shè)備。它是以PXI控制器為核心的計(jì)算機(jī)測(cè)控平臺(tái)，主要由不間斷電源（UPS）、冗余電源、PXI控制器、工業(yè)觸控顯示器、同步采集卡、多通道模擬量采集卡、開(kāi)關(guān)量采集卡、開(kāi)關(guān)量控制卡、多通道計(jì)時(shí)卡、1553B通信接口卡、RS 422A通信接口卡、RS 485通信接口卡、配套專用測(cè)試電纜、接線端子板、繼電器組、接觸器組、信號(hào)調(diào)理、電參數(shù)傳感器等主要部分構(gòu)成。其中，模擬量測(cè)量通道：8路差分并行輸入、單通道500 KS/s；64路單端輸入、3 MS/s；開(kāi)關(guān)量測(cè)量通道：32路；開(kāi)關(guān)量輸出通道：224路；不間斷電源以及冗余電源用于保證PXI控制器及顯示器的可靠不間斷供電；同步采集卡用于滿足對(duì)三相交流電壓電流同步測(cè)試的需求；多通道模擬量采集卡用于滿足系統(tǒng)一般電參量的測(cè)試；開(kāi)關(guān)量控制卡通過(guò)外部接線控制，實(shí)現(xiàn)被測(cè)設(shè)備、負(fù)載等的綜合控制；開(kāi)關(guān)量采集卡負(fù)責(zé)接受外部輸入的離散量信號(hào)；計(jì)時(shí)器卡用于系統(tǒng)的測(cè)時(shí)需求；1553B通信卡負(fù)責(zé)與被測(cè)交流電源系統(tǒng)的控制器通信，模擬總線控制器（BC）、遠(yuǎn)程終端（RT）以及總線監(jiān)視器（BM）；RS 485負(fù)責(zé)與程控電源的通信；RS 422A負(fù)責(zé)與變頻器的通信。

1.2 大功率交流變頻高速拖動(dòng)臺(tái)

大功率高速拖動(dòng)臺(tái)是試驗(yàn)系統(tǒng)的重要組成設(shè)備，拖動(dòng)臺(tái)的作用是模擬飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，如某型交流發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為8 000 r/min。目前，絕大多數(shù)的電源試驗(yàn)臺(tái)均采用變頻異步電動(dòng)機(jī)，但是其最高轉(zhuǎn)速一般不超過(guò)3 000 r/min，要想實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速，必須加裝增速齒輪箱，增加增速齒輪箱必然帶來(lái)滑油冷卻循環(huán)等一系列問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致拖動(dòng)臺(tái)體積、重量大，維護(hù)工作增加。本試驗(yàn)系統(tǒng)采用100 kW的高速異步電動(dòng)機(jī)作為拖動(dòng)電機(jī)，與變頻器配合，實(shí)現(xiàn)了0～12 000 r/min的調(diào)速范圍。

拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)一端安裝接口盤，接口盤可連接三型發(fā)電機(jī)的接口法蘭盤，實(shí)現(xiàn)與被測(cè)電機(jī)的同軸連接。電動(dòng)機(jī)內(nèi)部安裝有溫度檢測(cè)裝置，預(yù)防電機(jī)的異常溫升，配套轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速回饋，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。

1.3 負(fù)載箱

負(fù)載箱的功能是模擬飛機(jī)用電設(shè)備，將飛機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能利用負(fù)載箱進(jìn)行消耗，以驗(yàn)證發(fā)電機(jī)的工作特性。如某型起動(dòng)發(fā)電機(jī)額定電流為直流400 A；某型單相交流發(fā)電機(jī)額定電流為100 A、功率因數(shù)為1～0.8（感性）。根據(jù)被試發(fā)電機(jī)的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了四個(gè)負(fù)載箱：

（1） 直流負(fù)載箱：直流28.5 V，電流0～400 A；

（2） 交流三相阻性負(fù)載箱：交流115 V，電流0～175 A（單相）；

（3） 交流三相感性負(fù)載箱：交流115 V，電流0～120 A（單相）；

（4） 交流三相容性負(fù)載箱：交流115 V，電流0～60 A（單相）。

負(fù)載箱內(nèi)部設(shè)計(jì)有電阻/電容/電感負(fù)載、散熱風(fēng)機(jī)、溫度檢測(cè)及保護(hù)電路、負(fù)載輸出控制電路、開(kāi)關(guān)電源等。負(fù)載箱工作過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量熱量，為保證散熱需求，負(fù)載箱底部的散熱風(fēng)扇在負(fù)載工作中進(jìn)行主動(dòng)通風(fēng)散熱，防止負(fù)載箱過(guò)熱故障。

1.4 電源控制柜

電源控制柜用于向整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)供電，主要有進(jìn)線配電盒以及配電柜兩大部分?？刂乒駜?nèi)部安裝有相序保護(hù)電路、總電源控制裝置、供電匯流條、單相安全隔離變壓器、輸出控制裝置等低壓配電裝置，并在配電柜正面板上方設(shè)有安裝面板，安裝信號(hào)顯示燈及手動(dòng)開(kāi)關(guān)，提供內(nèi)部信號(hào)的指示以及實(shí)現(xiàn)緊急情況下的斷電保護(hù)。

1.5 變頻控制柜

變頻控制柜用于高速拖動(dòng)臺(tái)的控制，變頻控制柜的供電來(lái)自于電源控制柜，電源進(jìn)入控制柜后分兩路，一路經(jīng)進(jìn)線濾波器后供給變頻器，變頻器的輸出經(jīng)過(guò)輸出電抗器供給高速電機(jī)，實(shí)現(xiàn)高速電機(jī)的變頻供電；另一路通過(guò)輸出控制電路分別給拖動(dòng)電機(jī)散熱風(fēng)機(jī)以及被試發(fā)電機(jī)散熱風(fēng)機(jī)供電。變頻器柜接收由拖動(dòng)系統(tǒng)反饋回來(lái)的各類信號(hào)，如轉(zhuǎn)速信號(hào)、風(fēng)壓信號(hào)燈，用以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制及散熱系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制。

1.6 程控電源柜

程控電源柜內(nèi)部安裝有6臺(tái)程控交直流電源，滿足試驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)試的電源需求。

2 系統(tǒng)軟件組成及實(shí)現(xiàn)

本試驗(yàn)系統(tǒng)廣泛采用了PXI總線控制，通過(guò)LabVIEW技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)PXI控制器系統(tǒng)內(nèi)部資源的控制及管理。PXI是美國(guó)NI公司發(fā)布的一種全新的開(kāi)放性、模塊化儀器總線規(guī)范，是PCI在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，適合于測(cè)試、控制與數(shù)據(jù)采集場(chǎng)合應(yīng)用的規(guī)范。

2.1 軟件組成

軟件系統(tǒng)由主界面引導(dǎo)程序、某型交流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)閉環(huán)測(cè)試程序、某型直流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)閉環(huán)測(cè)試程序、三相交流電源系統(tǒng)部附件開(kāi)環(huán)測(cè)試程序、單相交流電源系統(tǒng)部附件開(kāi)環(huán)測(cè)試程序、低壓直流電源系統(tǒng)部附件開(kāi)環(huán)測(cè)試程序、電源參數(shù)指示器試驗(yàn)程序、試驗(yàn)臺(tái)性能自檢程序等4類12個(gè)功能模塊組成[7?10]。測(cè)試軟件總體框圖如圖3所示。

2.2 電源系統(tǒng)閉環(huán)試驗(yàn)軟件

電源系統(tǒng)閉環(huán)試驗(yàn)主要完成交流主電源系統(tǒng)（含交流發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)保護(hù)控制器、電流互感器）、直流主電源系統(tǒng)（含起動(dòng)發(fā)電機(jī)、碳片調(diào)壓器、反流割斷器）、單相交流主電源系統(tǒng)（含交流發(fā)電機(jī)、碳片調(diào)壓器、交流電壓精調(diào)裝置）三類電源系統(tǒng)的閉環(huán)性能測(cè)試（含各型發(fā)電機(jī)的履歷本測(cè)試項(xiàng)目）以及電源系統(tǒng)控制保護(hù)類附件的閉環(huán)性能指標(biāo)（如各型調(diào)壓器的履歷本測(cè)試項(xiàng)目）。該試驗(yàn)系統(tǒng)需對(duì)試驗(yàn)臺(tái)所含的拖動(dòng)臺(tái)、散熱風(fēng)機(jī)、負(fù)載箱、程控電源、采集卡、控制卡等多種資源進(jìn)行管理。電源系統(tǒng)閉環(huán)試驗(yàn)軟件流程框圖以及試驗(yàn)界面示意圖如圖4和圖5所示。

2.3 電源系統(tǒng)部附件試驗(yàn)軟件

電源系統(tǒng)部附件試驗(yàn)主要完成除主電源系統(tǒng)外的檢測(cè)、控制、保護(hù)等附件的開(kāi)環(huán)性能試驗(yàn)（含履歷本測(cè)試項(xiàng)目及日常性能檢查內(nèi)容）。該試驗(yàn)系統(tǒng)主要為靜態(tài)性能指標(biāo)的測(cè)量，具有測(cè)試方法差異大， 測(cè)試資源配備復(fù)雜等特點(diǎn)，需對(duì)交直流程控電源、負(fù)載箱、采集卡、控制卡等多種資源進(jìn)行管理。某型過(guò)壓保護(hù)器試驗(yàn)界面示意圖如圖6所示。

3 結(jié) 論

采用計(jì)算機(jī)綜合測(cè)控技術(shù)和PXI總線控制，本交直流電源綜合試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了3類飛機(jī)電源系統(tǒng)（包含13種電源設(shè)備）的測(cè)試及分析，測(cè)試參數(shù)多達(dá)30余種，同時(shí)試驗(yàn)系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)記錄、波形分析、常見(jiàn)故障測(cè)試分析等功能。計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析、處理、管理能力，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量數(shù)據(jù)的綜合處理及有效管理，解決了傳統(tǒng)試驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)試功能少、數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單等問(wèn)題。

經(jīng)試用證明，本試驗(yàn)系統(tǒng)有效解決了通過(guò)計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)大功率設(shè)備的性能檢測(cè)，特別是對(duì)高轉(zhuǎn)速異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制，顯示了PXI總線控制的優(yōu)越性。

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1.2 大功率交流變頻高速拖動(dòng)臺(tái)

大功率高速拖動(dòng)臺(tái)是試驗(yàn)系統(tǒng)的重要組成設(shè)備，拖動(dòng)臺(tái)的作用是模擬飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，如某型交流發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為8 000 r/min。目前，絕大多數(shù)的電源試驗(yàn)臺(tái)均采用變頻異步電動(dòng)機(jī)，但是其最高轉(zhuǎn)速一般不超過(guò)3 000 r/min，要想實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速，必須加裝增速齒輪箱，增加增速齒輪箱必然帶來(lái)滑油冷卻循環(huán)等一系列問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致拖動(dòng)臺(tái)體積、重量大，維護(hù)工作增加。本試驗(yàn)系統(tǒng)采用100 kW的高速異步電動(dòng)機(jī)作為拖動(dòng)電機(jī)，與變頻器配合，實(shí)現(xiàn)了0～12 000 r/min的調(diào)速范圍。

拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)一端安裝接口盤，接口盤可連接三型發(fā)電機(jī)的接口法蘭盤，實(shí)現(xiàn)與被測(cè)電機(jī)的同軸連接。電動(dòng)機(jī)內(nèi)部安裝有溫度檢測(cè)裝置，預(yù)防電機(jī)的異常溫升，配套轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速回饋，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。

1.3 負(fù)載箱

負(fù)載箱的功能是模擬飛機(jī)用電設(shè)備，將飛機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能利用負(fù)載箱進(jìn)行消耗，以驗(yàn)證發(fā)電機(jī)的工作特性。如某型起動(dòng)發(fā)電機(jī)額定電流為直流400 A；某型單相交流發(fā)電機(jī)額定電流為100 A、功率因數(shù)為1～0.8（感性）。根據(jù)被試發(fā)電機(jī)的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了四個(gè)負(fù)載箱：

（1） 直流負(fù)載箱：直流28.5 V，電流0～400 A；

（2） 交流三相阻性負(fù)載箱：交流115 V，電流0～175 A（單相）；

（3） 交流三相感性負(fù)載箱：交流115 V，電流0～120 A（單相）；

（4） 交流三相容性負(fù)載箱：交流115 V，電流0～60 A（單相）。

負(fù)載箱內(nèi)部設(shè)計(jì)有電阻/電容/電感負(fù)載、散熱風(fēng)機(jī)、溫度檢測(cè)及保護(hù)電路、負(fù)載輸出控制電路、開(kāi)關(guān)電源等。負(fù)載箱工作過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量熱量，為保證散熱需求，負(fù)載箱底部的散熱風(fēng)扇在負(fù)載工作中進(jìn)行主動(dòng)通風(fēng)散熱，防止負(fù)載箱過(guò)熱故障。

1.4 電源控制柜

電源控制柜用于向整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)供電，主要有進(jìn)線配電盒以及配電柜兩大部分。控制柜內(nèi)部安裝有相序保護(hù)電路、總電源控制裝置、供電匯流條、單相安全隔離變壓器、輸出控制裝置等低壓配電裝置，并在配電柜正面板上方設(shè)有安裝面板，安裝信號(hào)顯示燈及手動(dòng)開(kāi)關(guān)，提供內(nèi)部信號(hào)的指示以及實(shí)現(xiàn)緊急情況下的斷電保護(hù)。

1.5 變頻控制柜

變頻控制柜用于高速拖動(dòng)臺(tái)的控制，變頻控制柜的供電來(lái)自于電源控制柜，電源進(jìn)入控制柜后分兩路，一路經(jīng)進(jìn)線濾波器后供給變頻器，變頻器的輸出經(jīng)過(guò)輸出電抗器供給高速電機(jī)，實(shí)現(xiàn)高速電機(jī)的變頻供電；另一路通過(guò)輸出控制電路分別給拖動(dòng)電機(jī)散熱風(fēng)機(jī)以及被試發(fā)電機(jī)散熱風(fēng)機(jī)供電。變頻器柜接收由拖動(dòng)系統(tǒng)反饋回來(lái)的各類信號(hào)，如轉(zhuǎn)速信號(hào)、風(fēng)壓信號(hào)燈，用以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制及散熱系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制。

1.6 程控電源柜

程控電源柜內(nèi)部安裝有6臺(tái)程控交直流電源，滿足試驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)試的電源需求。

2 系統(tǒng)軟件組成及實(shí)現(xiàn)

本試驗(yàn)系統(tǒng)廣泛采用了PXI總線控制，通過(guò)LabVIEW技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)PXI控制器系統(tǒng)內(nèi)部資源的控制及管理。PXI是美國(guó)NI公司發(fā)布的一種全新的開(kāi)放性、模塊化儀器總線規(guī)范，是PCI在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，適合于測(cè)試、控制與數(shù)據(jù)采集場(chǎng)合應(yīng)用的規(guī)范。

2.1 軟件組成

軟件系統(tǒng)由主界面引導(dǎo)程序、某型交流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)閉環(huán)測(cè)試程序、某型直流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)閉環(huán)測(cè)試程序、三相交流電源系統(tǒng)部附件開(kāi)環(huán)測(cè)試程序、單相交流電源系統(tǒng)部附件開(kāi)環(huán)測(cè)試程序、低壓直流電源系統(tǒng)部附件開(kāi)環(huán)測(cè)試程序、電源參數(shù)指示器試驗(yàn)程序、試驗(yàn)臺(tái)性能自檢程序等4類12個(gè)功能模塊組成[7?10]。測(cè)試軟件總體框圖如圖3所示。

2.2 電源系統(tǒng)閉環(huán)試驗(yàn)軟件

電源系統(tǒng)閉環(huán)試驗(yàn)主要完成交流主電源系統(tǒng)（含交流發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)保護(hù)控制器、電流互感器）、直流主電源系統(tǒng)（含起動(dòng)發(fā)電機(jī)、碳片調(diào)壓器、反流割斷器）、單相交流主電源系統(tǒng)（含交流發(fā)電機(jī)、碳片調(diào)壓器、交流電壓精調(diào)裝置）三類電源系統(tǒng)的閉環(huán)性能測(cè)試（含各型發(fā)電機(jī)的履歷本測(cè)試項(xiàng)目）以及電源系統(tǒng)控制保護(hù)類附件的閉環(huán)性能指標(biāo)（如各型調(diào)壓器的履歷本測(cè)試項(xiàng)目）。該試驗(yàn)系統(tǒng)需對(duì)試驗(yàn)臺(tái)所含的拖動(dòng)臺(tái)、散熱風(fēng)機(jī)、負(fù)載箱、程控電源、采集卡、控制卡等多種資源進(jìn)行管理。電源系統(tǒng)閉環(huán)試驗(yàn)軟件流程框圖以及試驗(yàn)界面示意圖如圖4和圖5所示。

2.3 電源系統(tǒng)部附件試驗(yàn)軟件

電源系統(tǒng)部附件試驗(yàn)主要完成除主電源系統(tǒng)外的檢測(cè)、控制、保護(hù)等附件的開(kāi)環(huán)性能試驗(yàn)（含履歷本測(cè)試項(xiàng)目及日常性能檢查內(nèi)容）。該試驗(yàn)系統(tǒng)主要為靜態(tài)性能指標(biāo)的測(cè)量，具有測(cè)試方法差異大， 測(cè)試資源配備復(fù)雜等特點(diǎn)，需對(duì)交直流程控電源、負(fù)載箱、采集卡、控制卡等多種資源進(jìn)行管理。某型過(guò)壓保護(hù)器試驗(yàn)界面示意圖如圖6所示。

3 結(jié) 論

采用計(jì)算機(jī)綜合測(cè)控技術(shù)和PXI總線控制，本交直流電源綜合試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了3類飛機(jī)電源系統(tǒng)（包含13種電源設(shè)備）的測(cè)試及分析，測(cè)試參數(shù)多達(dá)30余種，同時(shí)試驗(yàn)系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)記錄、波形分析、常見(jiàn)故障測(cè)試分析等功能。計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析、處理、管理能力，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量數(shù)據(jù)的綜合處理及有效管理，解決了傳統(tǒng)試驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)試功能少、數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單等問(wèn)題。

經(jīng)試用證明，本試驗(yàn)系統(tǒng)有效解決了通過(guò)計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)大功率設(shè)備的性能檢測(cè)，特別是對(duì)高轉(zhuǎn)速異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制，顯示了PXI總線控制的優(yōu)越性。

參考文獻(xiàn)

[1] 郝世勇，戰(zhàn)祥新.基于虛擬儀器的航空電源綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2011（5）：70?72.

[2] 羅秋鳳，肖前貴.飛控PXI型自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2011（9）：768?771.

[3] 張彥忠，周明光，劉志偉，等.基于PXI的艦載動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34（9）：63?65.

[4] 崔強(qiáng)，徐春榮，彭剛鋒.基于PXI及GPIB總線的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].航空計(jì)算技術(shù)，2008（5）：65?68.

[5] 張曉斌，程璽菱，雷濤.基于PXI總線的飛機(jī)供電測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2011（5）：1024?1026.

[6] 馬永平.基于PXI總線的航空供配電系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)研究與設(shè)計(jì)[D].西安：西北工業(yè)大學(xué)，2007.

[7] 王艷芳，張涇周，強(qiáng)應(yīng)民，等.基于虛擬儀器的航空電源性能參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2007（12）：1695?1697.

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[9] 吳偉，郭勇，程俊東.基于PXI總線技術(shù)的飛機(jī)電氣綜合測(cè)試系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2004（9）：804?806.

[10] 董延軍，郭朋，張曉斌，等.基于LabVIEW的匯流條功率控制器測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].測(cè)控技術(shù)，2012（11）：92?95.

1.2 大功率交流變頻高速拖動(dòng)臺(tái)

大功率高速拖動(dòng)臺(tái)是試驗(yàn)系統(tǒng)的重要組成設(shè)備，拖動(dòng)臺(tái)的作用是模擬飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，如某型交流發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為8 000 r/min。目前，絕大多數(shù)的電源試驗(yàn)臺(tái)均采用變頻異步電動(dòng)機(jī)，但是其最高轉(zhuǎn)速一般不超過(guò)3 000 r/min，要想實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速，必須加裝增速齒輪箱，增加增速齒輪箱必然帶來(lái)滑油冷卻循環(huán)等一系列問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致拖動(dòng)臺(tái)體積、重量大，維護(hù)工作增加。本試驗(yàn)系統(tǒng)采用100 kW的高速異步電動(dòng)機(jī)作為拖動(dòng)電機(jī)，與變頻器配合，實(shí)現(xiàn)了0～12 000 r/min的調(diào)速范圍。

拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)一端安裝接口盤，接口盤可連接三型發(fā)電機(jī)的接口法蘭盤，實(shí)現(xiàn)與被測(cè)電機(jī)的同軸連接。電動(dòng)機(jī)內(nèi)部安裝有溫度檢測(cè)裝置，預(yù)防電機(jī)的異常溫升，配套轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速回饋，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。

1.3 負(fù)載箱

負(fù)載箱的功能是模擬飛機(jī)用電設(shè)備，將飛機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能利用負(fù)載箱進(jìn)行消耗，以驗(yàn)證發(fā)電機(jī)的工作特性。如某型起動(dòng)發(fā)電機(jī)額定電流為直流400 A；某型單相交流發(fā)電機(jī)額定電流為100 A、功率因數(shù)為1～0.8（感性）。根據(jù)被試發(fā)電機(jī)的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了四個(gè)負(fù)載箱：

（1） 直流負(fù)載箱：直流28.5 V，電流0～400 A；

（2） 交流三相阻性負(fù)載箱：交流115 V，電流0～175 A（單相）；

（3） 交流三相感性負(fù)載箱：交流115 V，電流0～120 A（單相）；

（4） 交流三相容性負(fù)載箱：交流115 V，電流0～60 A（單相）。

負(fù)載箱內(nèi)部設(shè)計(jì)有電阻/電容/電感負(fù)載、散熱風(fēng)機(jī)、溫度檢測(cè)及保護(hù)電路、負(fù)載輸出控制電路、開(kāi)關(guān)電源等。負(fù)載箱工作過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量熱量，為保證散熱需求，負(fù)載箱底部的散熱風(fēng)扇在負(fù)載工作中進(jìn)行主動(dòng)通風(fēng)散熱，防止負(fù)載箱過(guò)熱故障。

1.4 電源控制柜

電源控制柜用于向整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)供電，主要有進(jìn)線配電盒以及配電柜兩大部分?？刂乒駜?nèi)部安裝有相序保護(hù)電路、總電源控制裝置、供電匯流條、單相安全隔離變壓器、輸出控制裝置等低壓配電裝置，并在配電柜正面板上方設(shè)有安裝面板，安裝信號(hào)顯示燈及手動(dòng)開(kāi)關(guān)，提供內(nèi)部信號(hào)的指示以及實(shí)現(xiàn)緊急情況下的斷電保護(hù)。

1.5 變頻控制柜

變頻控制柜用于高速拖動(dòng)臺(tái)的控制，變頻控制柜的供電來(lái)自于電源控制柜，電源進(jìn)入控制柜后分兩路，一路經(jīng)進(jìn)線濾波器后供給變頻器，變頻器的輸出經(jīng)過(guò)輸出電抗器供給高速電機(jī)，實(shí)現(xiàn)高速電機(jī)的變頻供電；另一路通過(guò)輸出控制電路分別給拖動(dòng)電機(jī)散熱風(fēng)機(jī)以及被試發(fā)電機(jī)散熱風(fēng)機(jī)供電。變頻器柜接收由拖動(dòng)系統(tǒng)反饋回來(lái)的各類信號(hào)，如轉(zhuǎn)速信號(hào)、風(fēng)壓信號(hào)燈，用以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制及散熱系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制。

1.6 程控電源柜

程控電源柜內(nèi)部安裝有6臺(tái)程控交直流電源，滿足試驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)試的電源需求。

2 系統(tǒng)軟件組成及實(shí)現(xiàn)

本試驗(yàn)系統(tǒng)廣泛采用了PXI總線控制，通過(guò)LabVIEW技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)PXI控制器系統(tǒng)內(nèi)部資源的控制及管理。PXI是美國(guó)NI公司發(fā)布的一種全新的開(kāi)放性、模塊化儀器總線規(guī)范，是PCI在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，適合于測(cè)試、控制與數(shù)據(jù)采集場(chǎng)合應(yīng)用的規(guī)范。

2.1 軟件組成

軟件系統(tǒng)由主界面引導(dǎo)程序、某型交流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)閉環(huán)測(cè)試程序、某型直流發(fā)電機(jī)系統(tǒng)閉環(huán)測(cè)試程序、三相交流電源系統(tǒng)部附件開(kāi)環(huán)測(cè)試程序、單相交流電源系統(tǒng)部附件開(kāi)環(huán)測(cè)試程序、低壓直流電源系統(tǒng)部附件開(kāi)環(huán)測(cè)試程序、電源參數(shù)指示器試驗(yàn)程序、試驗(yàn)臺(tái)性能自檢程序等4類12個(gè)功能模塊組成[7?10]。測(cè)試軟件總體框圖如圖3所示。

2.2 電源系統(tǒng)閉環(huán)試驗(yàn)軟件

電源系統(tǒng)閉環(huán)試驗(yàn)主要完成交流主電源系統(tǒng)（含交流發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)保護(hù)控制器、電流互感器）、直流主電源系統(tǒng)（含起動(dòng)發(fā)電機(jī)、碳片調(diào)壓器、反流割斷器）、單相交流主電源系統(tǒng)（含交流發(fā)電機(jī)、碳片調(diào)壓器、交流電壓精調(diào)裝置）三類電源系統(tǒng)的閉環(huán)性能測(cè)試（含各型發(fā)電機(jī)的履歷本測(cè)試項(xiàng)目）以及電源系統(tǒng)控制保護(hù)類附件的閉環(huán)性能指標(biāo)（如各型調(diào)壓器的履歷本測(cè)試項(xiàng)目）。該試驗(yàn)系統(tǒng)需對(duì)試驗(yàn)臺(tái)所含的拖動(dòng)臺(tái)、散熱風(fēng)機(jī)、負(fù)載箱、程控電源、采集卡、控制卡等多種資源進(jìn)行管理。電源系統(tǒng)閉環(huán)試驗(yàn)軟件流程框圖以及試驗(yàn)界面示意圖如圖4和圖5所示。

2.3 電源系統(tǒng)部附件試驗(yàn)軟件

電源系統(tǒng)部附件試驗(yàn)主要完成除主電源系統(tǒng)外的檢測(cè)、控制、保護(hù)等附件的開(kāi)環(huán)性能試驗(yàn)（含履歷本測(cè)試項(xiàng)目及日常性能檢查內(nèi)容）。該試驗(yàn)系統(tǒng)主要為靜態(tài)性能指標(biāo)的測(cè)量，具有測(cè)試方法差異大， 測(cè)試資源配備復(fù)雜等特點(diǎn)，需對(duì)交直流程控電源、負(fù)載箱、采集卡、控制卡等多種資源進(jìn)行管理。某型過(guò)壓保護(hù)器試驗(yàn)界面示意圖如圖6所示。

3 結(jié) 論

采用計(jì)算機(jī)綜合測(cè)控技術(shù)和PXI總線控制，本交直流電源綜合試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了3類飛機(jī)電源系統(tǒng)（包含13種電源設(shè)備）的測(cè)試及分析，測(cè)試參數(shù)多達(dá)30余種，同時(shí)試驗(yàn)系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)記錄、波形分析、常見(jiàn)故障測(cè)試分析等功能。計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析、處理、管理能力，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量數(shù)據(jù)的綜合處理及有效管理，解決了傳統(tǒng)試驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)試功能少、數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單等問(wèn)題。

經(jīng)試用證明，本試驗(yàn)系統(tǒng)有效解決了通過(guò)計(jì)算機(jī)測(cè)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)大功率設(shè)備的性能檢測(cè)，特別是對(duì)高轉(zhuǎn)速異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制，顯示了PXI總線控制的優(yōu)越性。

參考文獻(xiàn)

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