運載火箭電磁閥判讀算法設(shè)計

趙新航，韓 飛，蘭旭東，謝 望，湯小雙，徐 昕

（上海航天電子技術(shù)研究所，上海 201109）

0 引言

隨著我國航天事業(yè)的逐漸繁榮，我國在運載火箭領(lǐng)域取得了飛速突破，運載火箭的型號類型也越來越豐富。作為在運載火箭領(lǐng)域的一項重要應(yīng)用，電磁閥在發(fā)射任務(wù)中起著重要作用，保證著控制、動力等系統(tǒng)的正常運行［1-2］。另外，電磁閥的可靠性和性能直接影響到地面測試發(fā)射系統(tǒng)［3］，因此對電磁閥的測試以及數(shù)據(jù)分析就尤為重要。電磁閥判讀技術(shù)能夠評估電磁閥在火箭起飛前后電磁閥的工作狀態(tài)，為運載火箭的順利飛行保駕護航。

近年來，許多型號都迎來了首飛任務(wù)，現(xiàn)役型號的年發(fā)射任務(wù)量相比以前密度更高，時間更緊，在電磁閥采集判讀方面，伴隨著的則是更廣闊的應(yīng)用以及一些新型電磁閥的出現(xiàn)，這就對電磁閥的數(shù)據(jù)判讀提出了更高的要求。出現(xiàn)的新型電磁閥如發(fā)生器點火器和推力室點火器主要應(yīng)用于發(fā)動機中，用來控制發(fā)動機的啟動。它們的特性與傳統(tǒng)電磁閥特性不同，傳統(tǒng)電磁閥判讀算法不符合新型電磁閥特性，因此對電磁閥信號判讀提出了新的需求，就此針對新型電磁閥提出新的判讀算法并進行實驗分析。

本文針對傳統(tǒng)電磁閥和新型電磁閥的信號判讀與波形顯示進行實驗和分析，對系統(tǒng)的原理、組成、功能等進行介紹。根據(jù)電磁閥種類的不同對電磁閥進行分類，詳細介紹軟件的算法和功能，并基于實驗進行數(shù)據(jù)分析，對算法的可行性進行驗證。本文對已有的傳統(tǒng)電磁閥判讀算法進行鞏固和維護，并在傳統(tǒng)判讀算法的基礎(chǔ)上針對新型電磁閥的特性對判讀算法進行修改與更新，從而適應(yīng)新的需求。實驗結(jié)果表明，本文提出的算法適用于運載火箭領(lǐng)域常見的傳統(tǒng)電磁閥以及出現(xiàn)的新型電磁閥。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

1.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)包括硬件、軟件兩部分。硬件設(shè)備為電磁閥采集設(shè)備，用來采集電磁閥工作時輸出的電流信號。軟件為電磁閥自動判讀軟件，該軟件根據(jù)換算公式將16位二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電壓值，并對硬件設(shè)備采集到的電磁閥波形進行分析處理。

1.2 系統(tǒng)功能

電磁閥采集設(shè)備內(nèi)置2塊板卡，各24路通道，用來接收電磁閥工作時傳輸?shù)碾娏餍盘?，?jīng)過隔離模塊后，將接收到的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，傳輸?shù)诫姶砰y信號測試計算機內(nèi)進行采集，并將該信號存儲為數(shù)據(jù)文件［3-4］。

電磁閥采集設(shè)備采集數(shù)據(jù)并存儲至計算機本地硬盤，電磁閥自動判讀軟件讀取設(shè)備存儲的數(shù)據(jù)文件，對數(shù)據(jù)進行判讀，繪制曲線，并提取特征參數(shù)。

1.3 傳統(tǒng)電磁閥

傳統(tǒng)電磁閥信號通、斷電時瞬態(tài)時間曲線及特征值如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)電磁閥電流波形

圖1為傳統(tǒng)電磁閥通斷瞬態(tài)電流時間曲線圖，根據(jù)電磁閥種類的不同，電磁閥開啟和關(guān)閉時間有所不同，但傳統(tǒng)電磁閥的電流時間曲線是大致相同的。

在波形圖中，可以取到幾個特征參數(shù)對電磁閥特性進行分析。其中，I為穩(wěn)態(tài)電流，I1為啟動電流，I2為釋放電流，t1為打開時間，t2為關(guān)閉時間，I1／I為開啟電流比，I2／I為關(guān)閉電流比，△I1、△I2為峰-峰差值［3］。對電磁閥特征參數(shù)進行分析，可以對電磁閥性能有一個定量的判斷。

1.4 新型電磁閥

與傳統(tǒng)電磁閥不同，運載火箭領(lǐng)域新出現(xiàn)的發(fā)生器點火器和推力室點火器等新型電磁閥不具有類似傳統(tǒng)電磁閥的電流波形。因此對于新型電磁閥，在實驗中需要提取一些其它的特征參數(shù)，來反映新型電磁閥電流的特征。針對運載火箭領(lǐng)域出現(xiàn)的新型電磁閥，本文通過實驗驗證來不斷優(yōu)化算法，并實現(xiàn)對新型電磁閥的波形顯示和數(shù)據(jù)處理。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)概述

硬件系統(tǒng)以PC104Plus接口卡形式實現(xiàn)對單板24路模擬信號的實時檢測［5-6］。兩塊板卡同時工作，即48路模擬信號同時采集，并將采集的信號存儲到硬盤上。在采集信號的同時，按照設(shè)定的閾值對每路信號進行跳變狀態(tài)檢測，當(dāng)輸入信號超過門限值時顯示上跳信息，當(dāng)信號由高到低下降到低于門限值時顯示下跳信息。

兩塊板卡均可實現(xiàn)模擬信號輸入和信號采集功能、信號跳變門限值的自定義功能以及模擬信號跳變檢測功能。板卡的采樣頻率設(shè)為N，計時精度為1／N。

2.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

采用基于DSP的信號處理模式，DSP 編程靈活、調(diào)試方便，可以根據(jù)信號的特點隨時進行修改，并支持代碼的在線加載［7］。本系統(tǒng)中把信號采集模塊和信號處理模塊集成在DSP內(nèi)部統(tǒng)一實現(xiàn)，以便于根據(jù)實際調(diào)試情況進行后續(xù)的處理算法。

考慮到板卡面積的限制，前端采用信號隔離模塊，以防止信號通道之間的互擾以及前后端的信號隔離。

為實現(xiàn)24路信號采集和處理，本系統(tǒng)采用DSP作為系統(tǒng)的主處理模塊。根據(jù)處理能力以及外部接口的需求，采用TI公司的TMS320VC5416DSP，該DSP 最高工作頻率為160 MHz，設(shè)計采用DSP 的McBSP 接口實現(xiàn)信號的采集，該接口支持?jǐn)?shù)據(jù)緩沖，并可以使用DSP 內(nèi)部的DMA進行數(shù)據(jù)搬移，有利于對24路模擬信號的實時采集［8-9］。

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

考慮到實現(xiàn)的方便性和穩(wěn)定性，在PCI協(xié)議實現(xiàn)中采用Plx9030橋芯片，但是該芯片不支持C5416的HPI接口，所以采用CPLD 進行接口轉(zhuǎn)換，即可實現(xiàn)DSP 和Plx9030的數(shù)據(jù)通信，且Plx9030的數(shù)據(jù)傳輸能力完全滿足本項目的要求［10］。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 傳統(tǒng)電磁閥原理

如圖1所示，傳統(tǒng)電磁閥工作一般分為電磁閥開啟、電磁閥穩(wěn)態(tài)和電磁閥關(guān)閉三個部分。針對不同電磁閥，電磁閥開啟時間和關(guān)閉時間一般在幾毫秒到幾十毫秒不等。電磁閥穩(wěn)態(tài)電流時間曲線在理論上是水平直線，但實際上由于電磁閥內(nèi)部存在電阻，所以是有斜率的斜線。因此，穩(wěn)態(tài)時間較長的電磁閥在關(guān)閉前和開啟后的電流值會有一些差距。在判斷電磁閥工作狀態(tài)時，電磁閥穩(wěn)態(tài)工作的情況可以不做判斷，所以通過軟件處理數(shù)據(jù)并繪制波形時，主要考慮電磁閥開啟和關(guān)閉部分。

基于以上原因，針對穩(wěn)態(tài)時間較長的傳統(tǒng)電磁閥，在數(shù)據(jù)處理方面采用數(shù)據(jù)截取的方式［11］，舍棄較長的穩(wěn)態(tài)部分，只截取包含開啟時間和關(guān)閉時間內(nèi)特征參數(shù)的部分，以便于更清楚地顯示波形和提取特征值［12-13］。而針對穩(wěn)態(tài)時間較短的傳統(tǒng)電磁閥，則不對穩(wěn)態(tài)部分進行截取。

3.2 軟件設(shè)計思路

運載火箭領(lǐng)域中，電磁閥主要分為發(fā)動機電磁閥和輔助動力電磁閥兩種類型。新型電磁閥屬于發(fā)動機電磁閥。

3.2.1 傳統(tǒng)電磁閥

傳統(tǒng)電磁閥包含了所有輔助動力電磁閥和大部分發(fā)動機電磁閥，針對這兩種電磁閥采用了類似的兩種算法。

3.2.1.1 發(fā)動機電磁閥

本節(jié)將先介紹發(fā)動機電磁閥中的傳統(tǒng)電磁閥算法。

一般地，傳統(tǒng)電磁閥波形顯示采用截取拼接的算法。截取指截掉較長的不做判斷的穩(wěn)態(tài)部分，并分別取出上升沿和下降沿包含的所有采樣點。拼接則將取出的上升沿和下降沿拼到一起，組成一個完整的電磁閥開啟和關(guān)閉波形。

截取分為上升沿取點和下降沿取點兩部分。上升沿取點針對電磁閥開啟過程的部分，根據(jù)電磁閥采集設(shè)備設(shè)定的采樣頻率N，在電磁閥開啟之前開始取連續(xù)的采樣點，一直到電磁閥達到穩(wěn)態(tài)之后結(jié)束。下降沿取點則針對電磁閥關(guān)閉過程的部分，從電磁閥穩(wěn)態(tài)結(jié)束之前開始取連續(xù)的采樣點，一直到電磁閥關(guān)閉之后結(jié)束。這樣就得到了由連續(xù)采樣點組成的一段上升沿波形和一段下降沿波形。

發(fā)動機電磁閥的特點為每次實驗采集時只通斷一次，所以只有一個波形。圖3展示了上升沿取點的流程。在進行參數(shù)初始化時，得到待處理數(shù)據(jù)的總長度為length，設(shè)定索引值index、差值d1。從整段數(shù)據(jù)的第一個點開始采樣，每隔index個點取一段數(shù)據(jù)作為當(dāng)前數(shù)據(jù)段，直到當(dāng)前數(shù)據(jù)段的尾端數(shù)據(jù)和頭端數(shù)據(jù)差大于等于d1，表示該段電流正在逐漸增大，即該電磁閥準(zhǔn)備進入工作狀態(tài)，取出該數(shù)據(jù)段作為上升沿。index和d1的值均需要在實驗驗證中不斷進行優(yōu)化，以截取出理想的上升沿波形，并避免因噪聲干擾取出錯誤的數(shù)據(jù)段。

圖3 發(fā)動機電磁閥上升沿取點

下降沿取點與上升沿取點類似，不同點在于判斷的是數(shù)據(jù)段的尾端數(shù)據(jù)和頭端數(shù)據(jù)差小于等于d2（此處d2為一個負值），即該段電流正在逐漸減小，表示該電磁閥已結(jié)束穩(wěn)態(tài)工作，準(zhǔn)備關(guān)閉，最后取出符合要求的數(shù)據(jù)段作為下降沿。d2的值需要在實驗驗證中不斷進行優(yōu)化，以截取出理想的下降沿波形，并避免因干擾而取出錯誤的數(shù)據(jù)段。

接著進行拼接的操作，將截取得到的上升沿和下降沿波形拼到一起，得到一個完整的電磁閥開啟和關(guān)閉波形。為了便于更好地觀察輸出波形和判讀分析數(shù)據(jù)，一般會在上升沿的前后和下降沿的前后均多截取一段數(shù)據(jù)，多截取部分的長度根據(jù)不同電磁閥的特性決定，并通過實驗驗證不斷進行優(yōu)化［14-15］。

圖4展示了下降沿取點的流程。

圖4 發(fā)動機電磁閥下降沿取點

完成截取拼接后，在電磁閥波形中取出特征點，根據(jù)特征點計算出所需要的特征參數(shù)的值，對電磁閥的特性進行分析，特征點包含上升初始點、上升吸合點、穩(wěn)態(tài)點、下降初始點、下降釋放點。

參考圖1，上升初始點指電磁閥波形開始上升之前的零穩(wěn)態(tài)點，即t1之前的點，上升初始點標(biāo)志著波形即將進入上升沿。電磁閥在開啟過程中有一個小跳變，上升吸合點就是電磁閥開啟過程中跳變至最低點的點，即t1之后的點。穩(wěn)態(tài)點是電磁閥開啟之后電流逐漸趨于平穩(wěn)后的點，即位于I處的點，穩(wěn)態(tài)點標(biāo)志著波形的上升沿結(jié)束，進入了可以提供穩(wěn)定電流的狀態(tài)。下降初始點指電磁閥波形開始下降之前的穩(wěn)態(tài)點，即t2之前的點，下降初始點標(biāo)志著電磁閥結(jié)束穩(wěn)態(tài)工作，即將開始關(guān)閉。電磁閥在關(guān)閉過程中也存在一個小跳變，下降釋放點是在該過程中跳變至最高點的點，即t2之后的點。

根據(jù)找到的特征點的時間、電壓值等可以得到1.3節(jié)中提到的特征參數(shù)的值，并依此對電磁閥特性進行判讀［16-18］。

3.2.1.2 輔助動力電磁閥

與發(fā)動機電磁閥類似，輔助動力電磁閥也采用截取拼接的算法，不同點在于輔助動力電磁閥每次實驗采集時通斷次數(shù)不定，可能生成多個波形。

基于以上原因，在繪制波形時考慮生成不同數(shù)量波形的情況，以提高對不同閥門采樣的針對性，從而適應(yīng)每個閥門的特性。圖5展示了輔助動力電磁閥截取拼接波形的算法。

圖5 輔助動力電磁閥波形繪制流程圖

由于生成波形數(shù)不同且電磁閥特性有所區(qū)別，為了保證完整取到每個波形的上升沿和下降沿的所有采樣點，在提取采樣點時對不同波形的情況做針對性處理，比如截取不同的采樣點數(shù)，以避免因普遍性不足而造成的波形拼接錯誤，從而影響特征參數(shù)的提取和數(shù)據(jù)的判讀［19］。具體的截取拼接算法與發(fā)動機電磁閥基本一致。

3.2.2 新型電磁閥

運載火箭領(lǐng)域新出現(xiàn)的發(fā)生器點火器和推力室點火器等新型電磁閥均屬于發(fā)動機電磁閥，它們不具有類似傳統(tǒng)電磁閥的電流波形，而是一種在不斷振蕩的波形。新型電磁閥的開啟時間相對較短，且需要對閥門在短時間內(nèi)的振蕩次數(shù)進行判讀，所以在生成波形的過程中選擇繪制全程波形，而不是像傳統(tǒng)電磁閥一樣采用截取拼接的方法。圖6為新型電磁閥波形繪制的流程圖。

圖6 新型電磁閥波形繪制流程圖

繪制新型電磁閥波形時，設(shè)定一個閾值n，用該閾值n來判定電磁閥的開啟與關(guān)閉，n值通過多次試驗得到，在不影響實驗結(jié)果的情況下盡量取波形振蕩中的最低值。出現(xiàn)第一個大于n的數(shù)據(jù)值視為電磁閥已開啟，最后一個大于n的數(shù)據(jù)值結(jié)束視為電磁閥已關(guān)閉。遍歷數(shù)據(jù)段，將所有大于n的數(shù)據(jù)提取出來，并適當(dāng)提取該段數(shù)據(jù)前后的一段數(shù)據(jù)，以便于更好地觀察輸出波形并判斷電磁閥可能出現(xiàn)的異常情況。n值需要通過實驗驗證不斷進行優(yōu)化，以截取出理想的波形，避免數(shù)據(jù)冗余與丟失。

4 實驗結(jié)果與分析

4.1 實驗步驟和方法

在實驗室環(huán)境下，將電磁閥采集設(shè)備中的2塊板卡各24路通道通過電纜連接至電磁閥，每路電磁閥都可以產(chǎn)生對應(yīng)的電壓曲線。網(wǎng)口通過網(wǎng)線與上位機連接，建立網(wǎng)絡(luò)連接后，電磁閥采集設(shè)備開始接收來自電磁閥的電流信號，并將接收到的數(shù)據(jù)進行本地存儲。電磁閥自動判讀軟件根據(jù)換算公式將16位二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為電壓值，完成波形繪制和顯示后，對其進行特征值處理和分析［20］。

為了不失真地采集模擬信號，根據(jù)香農(nóng)采樣定理，采樣頻率大于等于模擬信號頻譜中最高頻率的2倍［21］。

其中：N為板卡的采樣頻率，fmax為被測信號的最高頻率。將N設(shè)定為8kHz，計時精度為0.125ms。

4.2 實驗分析

針對傳統(tǒng)電磁閥中的發(fā)動機電磁閥、輔助動力電磁閥，以及新型電磁閥分別進行實驗驗證，驗證情況如下。

4.2.1 發(fā)動機電磁閥

在發(fā)動機電磁閥中，對甲烷泄出閥、氧泄出閥、甲烷副控閥和氧起動閥進行實驗并對實驗數(shù)據(jù)和試驗結(jié)果進行分析。

圖7為實驗中電磁閥自動判讀軟件顯示的甲烷泄出閥的波形。

圖7 甲烷泄出閥波形

其中，橫坐標(biāo)為采樣點數(shù)，根據(jù)采樣頻率為8kHz，可以得知8 000個采樣點代表1s?？v坐標(biāo)為換算后的電壓值。實驗中甲烷泄出閥共開啟了大約14s，由于穩(wěn)態(tài)時間較長，分別對該波形上升沿和下降沿包含的所有采樣點進行截取拼接，因此波形的中間穩(wěn)態(tài)部分出現(xiàn)了斷層。前半段為截取的波形的上升沿，后半段為截取的波形的下降沿。

表1 發(fā)動機電磁閥測試數(shù)據(jù)判讀表

圖8為實驗中電磁閥自動判讀軟件繪制的氧泄出閥的波形。

圖8 氧泄出閥波形

其中，橫坐標(biāo)為采樣點，縱坐標(biāo)為換算后的電壓值。實驗中氧泄出閥共開啟了大約13s，與甲烷泄出閥波形類似，由于閥門開啟后穩(wěn)態(tài)時間較長，判讀時對波形圖進行了截取拼接，因此穩(wěn)態(tài)部分在顯示時也出現(xiàn)了斷層。

圖9為實驗中電磁閥自動判讀軟件顯示的甲烷副控閥的波形。

圖9 甲烷副控閥波形

其中，橫坐標(biāo)為采樣點，縱坐標(biāo)為換算后的電壓值。實驗中甲烷副控閥共開啟了大約15s，閥門開啟后穩(wěn)態(tài)時間較長，波形圖中前半部分為判讀得到的波形的上升沿，后半部分為判讀得到的波形的下降沿，判讀時對波形的上升沿和下降沿進行了截取拼接，因此穩(wěn)態(tài)部分在顯示時也出現(xiàn)了斷層。

圖10為實驗中電磁閥自動判讀軟件繪制的氧起動閥的波形。

圖10 氧起動閥波形

其中，橫坐標(biāo)為采樣點，縱坐標(biāo)為換算后的電壓值。實驗中氧起動閥共開啟了大約13s，與前三種發(fā)動機電磁閥類似，閥門開啟后穩(wěn)態(tài)時間較長，因此對波形圖的上升沿和下降沿進行了截取拼接的操作，在波形顯示時穩(wěn)態(tài)部分也出現(xiàn)了斷層。

繪制波形結(jié)束后，軟件自動讀取上升初始點、上升吸合點、穩(wěn)態(tài)點、下降初始點、下降釋放點等特征點，并根據(jù)這些特征點的橫坐標(biāo)采樣點數(shù)和縱坐標(biāo)電壓來計算穩(wěn)態(tài)電流、開啟時間、關(guān)閉時間等特征參數(shù)，從而得知該電磁閥的特性。

測試結(jié)束后根據(jù)圖7～10的統(tǒng)計信息對發(fā)動機電磁閥波形和對應(yīng)的特征參數(shù)進行判讀，判讀結(jié)果如表1所示。

甲烷泄出閥、氧泄出閥、甲烷副控閥和氧起動閥的開啟時間和關(guān)閉時間的要求值均為小于等于150ms，由表1可得，這些閥門的開啟時間和關(guān)閉時間的實測值均滿足要求。在圖7～10中，穩(wěn)態(tài)電流1為在電流在上升沿之后的穩(wěn)態(tài)值，穩(wěn)態(tài)電流2為電流在下降沿之前的穩(wěn)態(tài)值。甲烷泄出閥、氧泄出閥、甲烷副控閥和氧起動閥的采樣電阻值均為0.51Ω，以氧泄出閥和甲烷副控閥為例，氧泄出閥的實驗中，穩(wěn)態(tài)電流1 的值為1.598 A，穩(wěn)態(tài)電壓1 值的為0.815V，可以反映出采樣電阻值的大小，在誤差范圍內(nèi)符合實際情況；在甲烷副控閥的實驗中，穩(wěn)態(tài)電流2的值為1.618A，穩(wěn)態(tài)電壓2值的為0.825V，同樣反映出了采樣電阻值的大小，在誤差范圍內(nèi)符合實際情況。

4.2.2 輔助動力電磁閥

在輔助動力電磁閥中，以輔助動力1號閥、輔助動力3號閥為例對實驗情況進行分析。

圖11為電磁閥自動判讀軟件顯示的兩個電磁閥從第一次開啟到第三次結(jié)束的全程波形。

圖11 輔助動力電磁閥全程波形

實驗中輔助動力1、3號閥均開啟了三次，因此均有三個上升沿和下降沿。圖11（a）為輔助動力1號閥波形圖，圖11（b）為輔助動力3號閥波形圖。

圖12為選取的輔助動力1號閥第一次開啟的波形。

圖12 輔助動力1號閥第一次開啟波形

橫坐標(biāo)為采樣點，縱坐標(biāo)為換算后的電壓值。與甲烷泄出閥和氧泄出閥的波形相比，輔助動力1號閥的波形沒有出現(xiàn)斷層，也就是沒有對該波形進行截取拼接的操作，因為實驗中輔助動力1號閥僅開啟了約460ms，穩(wěn)態(tài)時間較短，判讀時直接顯示了全程波形。

圖13為選取的輔助動力3號閥第一次開啟的波形。

圖13 輔助動力3號閥第一次開啟波形

橫坐標(biāo)為采樣點，縱坐標(biāo)為換算后的電壓值。實驗中輔助動力3號閥開啟了約460ms，與輔助動力1號閥相同，穩(wěn)態(tài)時間較短，因此也沒有對該波形進行截取拼接的操作，而是繪制從電磁閥開啟到關(guān)閉的全程波形。

為了更精確地判讀輔助動力電磁閥的特征參數(shù)，需要精確選取一次特定波形后進行判讀，而不能在類似圖11的全程波形中進行判讀。

同發(fā)動機電磁閥一致，繪制波形結(jié)束后，軟件自動讀取上升初始點、上升吸合點、穩(wěn)態(tài)點、下降初始點、下降釋放點等特征點，并根據(jù)這些特征點的橫坐標(biāo)采樣點數(shù)和縱坐標(biāo)電壓來計算穩(wěn)態(tài)電流、開啟電流、開啟時間等特征參數(shù)，從而得知該電磁閥的特性。

測試結(jié)束后根據(jù)圖12和圖13的統(tǒng)計信息對輔助動力電磁閥波形和對應(yīng)的特征參數(shù)進行判讀，判讀結(jié)果如表2所示。

表2 輔助動力電磁閥測試數(shù)據(jù)判讀表

輔助動力1號閥和3號閥的開啟時間和關(guān)閉時間要求值均為小于等于150ms，由表2可得，開啟時間和關(guān)閉時間的實測值均滿足要求。與發(fā)動機電磁閥相同，圖12和圖13中的穩(wěn)態(tài)電流1為在上升沿之后的穩(wěn)態(tài)值，穩(wěn)態(tài)電流2為在下降沿之前的穩(wěn)態(tài)值。兩個電磁閥的采樣電阻值均為1.00Ω，以輔助動力1號閥為例，實驗中穩(wěn)態(tài)電流1的值為1.427A，根據(jù)波形圖可知對應(yīng)的穩(wěn)態(tài)電壓值約為1.43V，可以反映出采樣電阻值的大小，在誤差范圍內(nèi)符合實際情況。

4.2.3 新型電磁閥

在新型電磁閥中，以發(fā)生器點火器和推力室點火器為例對實驗情況進行分析。

圖14為實驗中電磁閥自動判讀軟件顯示的發(fā)生器點火器的波形。

圖14 發(fā)生器點火器波形

橫坐標(biāo)為采樣點，縱坐標(biāo)為換算后的電壓值。如圖14所示，在發(fā)生器點火器打開的瞬間會產(chǎn)生一個值很大的電壓，為瞬時的擊穿電壓。

實驗中發(fā)生器點火器開啟了約1.15s。電磁閥自動判讀軟件繪制了發(fā)生器點火器的全程波形，振蕩次數(shù)為29次。

圖15為實驗中電磁閥自動判讀軟件顯示的推力室點火器的波形。

圖15 推力室點火器波形

橫坐標(biāo)為采樣點，縱坐標(biāo)為換算后的電壓值。實驗中推力室點火器開啟了1.15s。電磁閥自動判讀軟件繪制了推力室點火器的全程波形，振蕩次數(shù)為29次。

測試結(jié)束后根據(jù)圖14和圖15的統(tǒng)計信息對發(fā)生器點火器和推力室點火器波形和對應(yīng)的特征參數(shù)進行判讀，判讀結(jié)果如表3所示。

表3 新型電磁閥測試數(shù)據(jù)判讀表

發(fā)生器點火器和推力室點火器的開啟時長均為115ms，在該開啟時長的范圍內(nèi)，波形震蕩次數(shù)要求值為29 次左右，允許誤差為±3次。由表3可得，振蕩次數(shù)實測值在誤差范圍內(nèi)滿足要求。

4.3 實驗結(jié)論

在實驗室環(huán)境下，對發(fā)動機電磁閥、輔助動力電磁閥、新型電磁閥均進行了實驗。在發(fā)動機電磁閥的實驗中，以甲烷泄出閥、氧泄出閥、甲烷副控閥和氧起動閥為例，對其實驗數(shù)據(jù)進行分析。以上幾個閥門的開啟時間和關(guān)閉時間的實測值均小于要求的150ms。并且，電磁閥自動判讀軟件讀取的電壓和電流數(shù)據(jù)符合實際情況，與0.51Ω 的電阻值相對應(yīng)。在繪制波形時，由于穩(wěn)態(tài)時間較長，繪制波形時采取了截取拼接的算法，因此波形中間出現(xiàn)了斷層，驗證了電磁閥判讀原理和算法的正確性。

在輔助動力電磁閥的實驗中，以輔助動力1號閥、輔助動力3號閥為例，對其實驗數(shù)據(jù)進行分析。選取的兩個閥門的開啟時間和關(guān)閉時間的實測值均小于要求的150ms。并且電磁閥自動判讀軟件讀取的電流數(shù)據(jù)和顯示的電壓數(shù)據(jù)均符合實際情況，與1.00Ω 的電阻值相對應(yīng)。在繪制波形時，輔助動力電磁閥的穩(wěn)態(tài)時間較短，因此并沒有采用截取拼接的算法，直接讀取全部數(shù)據(jù)，繪制全程波形。

在新型電磁閥的實驗中，以發(fā)生器點火器和推力室點火器為例，對其實驗數(shù)據(jù)進行分析。在開啟時間1.15s內(nèi)，對兩種新型電磁閥繪制全程波形，波形振蕩次數(shù)實測值均為要求值的29次，在誤差范圍內(nèi)符合實際情況，驗證了對于新型電磁閥判讀算法的正確性和可行性。

5 結(jié)束語

本文對傳統(tǒng)電磁閥判讀算法進行研究，并在其基礎(chǔ)上對新型電磁閥判讀算法進行修改與更新。對于不同種類的電磁閥，根據(jù)電磁閥特性和判讀要求對算法的不同點和側(cè)重點進行研究和分析。文中通過實驗比較了電磁閥特征參數(shù)的實測值和要求值，對實驗中得到的數(shù)據(jù)進行了分析，并對實驗結(jié)果進行討論，驗證了算法的可行性。

隨著運載火箭的快速發(fā)展，電磁閥在運載火箭領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，越來越多種類的電磁閥也相繼出現(xiàn)。由于不同電磁閥特性不一樣，為了滿足所有電磁閥的特性，今后將在現(xiàn)有算法的基礎(chǔ)上加強對每個電磁閥判讀的針對性。同時為了避免算法冗余，加強對于電磁閥具有相同特性的部分的普遍性處理，從而更簡潔、更精確地實現(xiàn)對所有電磁閥的判讀。