一種雷達(dá)整車配電系統(tǒng)在線策略重構(gòu)設(shè)計(jì)

羅雨，王正之，張兢晶，葉薇薇，李欣宇

（上海航天電子技術(shù)研究所，上海， 201108）

0 引言

隨著武器裝備的性能需求提升[1]，作為能源樞紐的配電系統(tǒng)直接關(guān)系到裝備的整體作戰(zhàn)性能和戰(zhàn)場(chǎng)生存能力[2]。雷達(dá)整車的配電系統(tǒng)承擔(dān)著整車能源轉(zhuǎn)換、分配和控制的任務(wù)，在滿足客戶需求的同時(shí)需要具備較好的可靠性、便捷性和可維護(hù)性。通常，在外場(chǎng)環(huán)境中若需要更改配電系統(tǒng)的控制策略以應(yīng)對(duì)新的使用環(huán)境，傳統(tǒng)雷達(dá)整車配電系統(tǒng)需要對(duì)軟件進(jìn)行更新升級(jí)[3,4]。由于雷達(dá)車在軍事應(yīng)用中的特殊性，配電系統(tǒng)軟件更新升級(jí)需要設(shè)計(jì)人員修改控制程序，存在一定的局限性。雷達(dá)整車供配電系統(tǒng)控制策略靈活性有待提升。

為了解決在更改控制策略時(shí)難以進(jìn)行軟件升級(jí)更新的問(wèn)題，本文提出一種雷達(dá)整車配電系統(tǒng)在線策略重構(gòu)設(shè)計(jì)方法，能夠在配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)研制過(guò)程中對(duì)同類控制插件進(jìn)行通用化設(shè)計(jì)并引入在線策略重構(gòu)接口，在配電系統(tǒng)自身顯示界面進(jìn)行操作即可完成控制策略更改。

1 配電系統(tǒng)架構(gòu)

雷達(dá)整車配電系統(tǒng)每路負(fù)載用電控制采用插件實(shí)現(xiàn)，根據(jù)主體功能和電源類型可劃分為交流配電插件、交流執(zhí)行插件、直流配電插件和直流執(zhí)行插件。配電系統(tǒng)中還存在負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)整個(gè)配電系統(tǒng)協(xié)調(diào)調(diào)度的管理單元和負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互顯控單元，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 配電系統(tǒng)架構(gòu)

其中，顯控單元主要負(fù)責(zé)人機(jī)交互，包括用電設(shè)備控制與狀態(tài)顯示、插件配執(zhí)參數(shù)設(shè)置、配電策略重構(gòu)等功能的圖形化顯示與指令下發(fā)；管理單元是整個(gè)配電系統(tǒng)的中樞，負(fù)責(zé)完成插件統(tǒng)一調(diào)度管理、按鍵檢測(cè)、指令下發(fā)與數(shù)據(jù)傳遞、故障顯示和存儲(chǔ)等任務(wù)；交流配電插件和直流配電插件根據(jù)輸入電源類型選用，實(shí)現(xiàn)電源輸入控制、輸入電源監(jiān)測(cè)與保護(hù)，多電源輸入情況下，配電插件與管理單元配合可實(shí)現(xiàn)輸入源切換；交流執(zhí)行插件和直流執(zhí)行插件根據(jù)用電設(shè)備電源類型選用，可實(shí)現(xiàn)用電設(shè)備供斷電控制、用電設(shè)備電源狀態(tài)監(jiān)測(cè)與保護(hù)。各類插件均可根據(jù)實(shí)際使用場(chǎng)景需求進(jìn)行功能配置。

2 通用化插件設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)策略重構(gòu)的前提之一是插件自身靈活性高，插件之間互換性強(qiáng)。在整個(gè)配電系統(tǒng)中，配電插件和執(zhí)行插件數(shù)量眾多，減少插件種類有利于降低系統(tǒng)維護(hù)成本和提升配電系統(tǒng)策略重構(gòu)的可能性。為此，需要對(duì)插件進(jìn)行通用化設(shè)計(jì)。

根據(jù)四類插件的功能共性與差異性進(jìn)一步精簡(jiǎn)種類，可在軟硬件設(shè)計(jì)上將交流配電插件和交流執(zhí)行插件統(tǒng)一設(shè)計(jì)為交流配執(zhí)插件，將直流配電插件和直流執(zhí)行插件統(tǒng)一設(shè)計(jì)為直流配執(zhí)插件。為了實(shí)現(xiàn)這兩類插件在對(duì)外信號(hào)接口上統(tǒng)一設(shè)計(jì)，每個(gè)插件均具有三路獨(dú)立輸入輸出接口，其差異體現(xiàn)在功率接口、電源監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)方式和保護(hù)形式等方面，交流配執(zhí)插件的功率接口可變形為1 路三相四線交流或者是3路單相交流。兩類插件均可簡(jiǎn)化為圖2 所示架構(gòu)。

圖2 插件架構(gòu)圖

■2.1 通用化信號(hào)接口設(shè)計(jì)

插件信號(hào)接口的設(shè)計(jì)需要考慮配電系統(tǒng)不同使用環(huán)境下的各種需求。在通斷電控制方面，配電系統(tǒng)通常采用繼電器或帶電操的斷路器進(jìn)行輸入輸出控制，而這兩類執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制方式有所不同：繼電器的通斷控制邏輯采取高低電平形式，動(dòng)作電流較大，需要利用MOS 管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；斷路器的通斷控制邏輯采取脈沖信號(hào)形式，動(dòng)作電流小，利用光耦進(jìn)行隔離控制。

有些配電系統(tǒng)還要求具備本控/遙控選擇旋鈕，能夠本控加斷電。分別引入本控加電和禁止加電控制信號(hào)，通過(guò)光耦引入主控MCU。為了確保執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行通斷電無(wú)誤，信號(hào)接口還引入了狀態(tài)信息，將控制進(jìn)行閉環(huán)管理。

為了實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)交互，插件信號(hào)接口還具有CAN 通信接口和控制電輸入接口，信號(hào)接口明細(xì)見(jiàn)表1。

表1 插件信號(hào)接口明細(xì)表

■2.2 通用化軟件設(shè)計(jì)

通用化插件設(shè)計(jì)的另一個(gè)要點(diǎn)是軟件通用化設(shè)計(jì)，軟件通用化設(shè)計(jì)要求在不改動(dòng)軟件代碼的前提下，通過(guò)調(diào)整部分參數(shù)使得插件能夠適用于不同工作環(huán)境需求。在實(shí)際應(yīng)用中，并不是所有信號(hào)接口都會(huì)同時(shí)使用，此時(shí)若不對(duì)閑置接口進(jìn)行約束，會(huì)導(dǎo)致輸入信號(hào)引腳出現(xiàn)干擾異常狀況時(shí)，軟件采集到異常狀況并執(zhí)行錯(cuò)誤指令。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，對(duì)信號(hào)接口賦予使能，在存儲(chǔ)器內(nèi)添加各接口功能使能標(biāo)志。每次啟動(dòng)時(shí)插件按照存儲(chǔ)器內(nèi)配置參數(shù)信息設(shè)置為所需模式，并且根據(jù)配置參數(shù)信息中使能標(biāo)志情況將信號(hào)接口信號(hào)劃分為有效信號(hào)和無(wú)效信號(hào)，軟件運(yùn)行時(shí)所有無(wú)效信號(hào)均不處理。存儲(chǔ)器內(nèi)的配置參數(shù)包括：配執(zhí)模式、用電設(shè)備類型、繼電器控制使能、斷路器控制使能、本控加電控制使能、禁止加電使能、狀態(tài)信息反饋使能和修正系數(shù)等。

對(duì)于有效信號(hào)，軟件按照規(guī)則一一對(duì)應(yīng)動(dòng)作。繼電器和斷路器的控制邏輯在前文已有描述，需要注意的是斷路器的通斷控制是兩個(gè)引腳，不可同時(shí)發(fā)送通、斷兩個(gè)控制脈沖；當(dāng)本控加斷電控制信號(hào)觸發(fā)時(shí)，插件執(zhí)行根據(jù)信號(hào)變化情況執(zhí)行加斷電操作，若同時(shí)CAN 總線下發(fā)了加斷電控制指令，插件以最后采集到的狀態(tài)為準(zhǔn)；禁止加電信號(hào)的優(yōu)先級(jí)最高，只要出現(xiàn)禁止加電信號(hào)，插件不響應(yīng)任何加電指令，同時(shí)關(guān)閉執(zhí)行結(jié)構(gòu)，禁止加電接口還可引入其他插件執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作狀態(tài)信息，將多個(gè)互斥插件動(dòng)作進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，例如某配電系統(tǒng)存在市電、油機(jī)、取力多路電源輸入，插件根據(jù)其他插件動(dòng)作狀態(tài)與系統(tǒng)調(diào)度信息進(jìn)行協(xié)調(diào)規(guī)劃，從而實(shí)現(xiàn)互斥控制，避免配電系統(tǒng)多源輸入并接發(fā)生故障；為了提升插件通斷電控制的可靠性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)，插件通過(guò)狀態(tài)信息反饋接口引入執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作狀態(tài)進(jìn)行閉環(huán)控制（圖3），一旦執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生異常狀態(tài)無(wú)法正常動(dòng)作，能夠早發(fā)現(xiàn)、早處理。

圖3 閉環(huán)控制過(guò)程

3 策略重構(gòu)

在實(shí)際使用環(huán)境中，由于某些因素的需求和限制，配電系統(tǒng)需要在不進(jìn)行軟件更新升級(jí)的前提下，在線完成配電系統(tǒng)控制策略調(diào)整，常見(jiàn)的策略調(diào)整包括用電設(shè)備自啟動(dòng)策略重構(gòu)和插件執(zhí)行策略重構(gòu)。

■3.1 用電設(shè)備自啟動(dòng)策略重構(gòu)

配電系統(tǒng)后級(jí)用電設(shè)備種類繁雜、數(shù)量多，部分用電設(shè)備需要在配電系統(tǒng)主控板運(yùn)行后自動(dòng)加電，通常自啟動(dòng)的用電設(shè)備和啟動(dòng)順序在研制階段已確定。在使用過(guò)程中可能會(huì)因?yàn)橛脩舴降男枨蠡蛘吣承?yīng)急場(chǎng)合下，需要新增、刪減、調(diào)整自啟動(dòng)設(shè)備的種類、順序和時(shí)間間隔，此時(shí)就需要對(duì)用電設(shè)備自啟動(dòng)策略進(jìn)行重構(gòu)。

自啟動(dòng)策略重構(gòu)操作由顯控單元和管理單元實(shí)現(xiàn)。顯控單元進(jìn)行人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)策略設(shè)置操作，首先在顯控單元上選擇進(jìn)入自啟動(dòng)策略重構(gòu)模式，進(jìn)入模式后會(huì)顯示所有用電設(shè)備啟動(dòng)參數(shù)，此時(shí)可根據(jù)新的策略需求選擇用電設(shè)備并設(shè)置啟動(dòng)順序和間隔，所有需要自啟動(dòng)的設(shè)備均設(shè)置完成后點(diǎn)擊確認(rèn)按鈕，配電系統(tǒng)將自主完成剩余配置任務(wù)。啟動(dòng)策略重構(gòu)流程如圖4 所示。

圖4 自啟動(dòng)策略重構(gòu)流程

自啟動(dòng)策略重構(gòu)界面如圖5 所示，界面具備用電設(shè)備自啟動(dòng)使能勾選框、優(yōu)先級(jí)設(shè)置框、啟動(dòng)間隔時(shí)間設(shè)置框以及確認(rèn)框。其中，使能勾選框有兩種顏色，當(dāng)用電設(shè)備被選為自啟動(dòng)序列后，框的顏色變?yōu)榫G色，未被勾選時(shí)為白色；啟動(dòng)間隔時(shí)間為與前一優(yōu)先級(jí)用電設(shè)備啟動(dòng)相差的時(shí)間；凡是未被選入自啟動(dòng)序列的用電設(shè)備，其優(yōu)先級(jí)框和啟動(dòng)間隔框?yàn)榛疑豢蛇x擇狀態(tài)。當(dāng)多個(gè)用電設(shè)備具備相同優(yōu)先級(jí)時(shí)，僅第一個(gè)設(shè)置為該優(yōu)先級(jí)的設(shè)備能夠設(shè)置啟動(dòng)間隔時(shí)間。當(dāng)所有用電設(shè)備設(shè)置好后，點(diǎn)擊界面的確認(rèn)按鈕，此時(shí)顯控將自啟動(dòng)策略設(shè)置指令發(fā)送給管理單元，由管理單元進(jìn)行下一步操作。

圖5 自啟動(dòng)策略重構(gòu)界面

圖6 插件接口參數(shù)設(shè)置

當(dāng)顯控單元下發(fā)自啟動(dòng)策略重構(gòu)指令給管理單元后，由管理單元完成后續(xù)策略重構(gòu)任務(wù)。管理單元根據(jù)指令內(nèi)容進(jìn)行整理，從指令中提取自啟動(dòng)用電設(shè)備信息用于構(gòu)建自啟動(dòng)控制序列，將控制序列進(jìn)一步整合成自啟動(dòng)策略存儲(chǔ)到管理單元的存儲(chǔ)器內(nèi)，每次管理單元重新運(yùn)行時(shí)再將序列讀取出來(lái)按照存儲(chǔ)的策略對(duì)設(shè)備進(jìn)行啟動(dòng)控制。

■3.2 插件執(zhí)行策略重構(gòu)

雷達(dá)整車配電系統(tǒng)在使用過(guò)程中，可能存在插件中的某路控制或者插件整體失效的情況，為了不影響雷達(dá)整車主體功能的使用，此時(shí)需要對(duì)插件進(jìn)行備件更換。在有備件的場(chǎng)合，傳統(tǒng)配電系統(tǒng)的插件備件放置在指定位置需要對(duì)插件中用于表述插件位置的電阻進(jìn)行焊接調(diào)整。在無(wú)備件的場(chǎng)合，當(dāng)保障整車主體功能的插件失效時(shí)，為了保證主體功能的正常使用，傳統(tǒng)配電系統(tǒng)需要將非主體功能的正常插件與主體功能的異常插件進(jìn)行替換或者互換，在此過(guò)程中同樣需要對(duì)相關(guān)電阻進(jìn)行焊接調(diào)整。用戶方使用現(xiàn)場(chǎng)可能存在無(wú)焊接設(shè)備的情況，傳統(tǒng)配電難以短時(shí)間內(nèi)解決插件失效問(wèn)題，新型配電系統(tǒng)中對(duì)插件執(zhí)行策略進(jìn)行重構(gòu)能夠解決這個(gè)問(wèn)題。

依托于通用化插件每次重新運(yùn)行時(shí)自動(dòng)讀取存儲(chǔ)器的配置內(nèi)容對(duì)自身進(jìn)行配置管理，配電系統(tǒng)中插件更換除必要的結(jié)構(gòu)拆裝外，僅需要對(duì)插件存儲(chǔ)器內(nèi)按照新的執(zhí)行策略進(jìn)行重構(gòu)即可。和自啟動(dòng)策略重構(gòu)類似，在顯控單元上選擇備件模式進(jìn)行插件配置參數(shù)設(shè)置，此時(shí)僅插件1 部分的設(shè)置有效，插件2 相關(guān)選項(xiàng)灰度顯示。確認(rèn)設(shè)置的參數(shù)后，顯控單元發(fā)指令給管理單元，由于全新備件內(nèi)置CAN ID 為固定值，管理單元將全新參數(shù)通過(guò)特定CAN ID 發(fā)送插件即可完成備件執(zhí)行策略重構(gòu)。

插件互換最主要的是互換兩個(gè)設(shè)備的CAN ID 信息，既可以將兩個(gè)插件的參數(shù)不進(jìn)行任何改動(dòng)而直接相互替換，還可以在互換時(shí)修改部分參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。在需要對(duì)插件進(jìn)行互換的場(chǎng)景，通過(guò)在顯控單元界面操作進(jìn)入互換模式，可以在輸入兩個(gè)插件的CAN ID 后點(diǎn)擊參數(shù)查詢可以獲取相應(yīng)編號(hào)插件的配置參數(shù)后根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，還可以不經(jīng)過(guò)查詢，直接在界面配置互換后的兩個(gè)插件的參數(shù)信息，插件接口參數(shù)設(shè)置界面如圖6 所示。一切準(zhǔn)備完成后，配電系統(tǒng)按步驟進(jìn)行執(zhí)行操作：①顯控單元發(fā)送指令給管理單元；②管理單元發(fā)送指令對(duì)插件1 的參數(shù)進(jìn)行重置；③管理單元按照顯控界面插件1 的參數(shù)內(nèi)容對(duì)插件2 進(jìn)行配置；④管理單元對(duì)第二步重置的插件按照顯控界面插件2 的參數(shù)內(nèi)容進(jìn)行配置?；Q過(guò)程可以發(fā)生在插件硬件結(jié)構(gòu)互換前，也可以發(fā)生在插件硬件結(jié)構(gòu)互換后。

4 總結(jié)與展望

本文提出一種雷達(dá)整車配電系統(tǒng)在線策略重構(gòu)設(shè)計(jì)方法，包括配電系統(tǒng)通用化插件設(shè)計(jì)和在線策略重構(gòu)設(shè)計(jì)方法，旨在解決配電系統(tǒng)維護(hù)、軟件更改受控的問(wèn)題，在特殊應(yīng)用場(chǎng)景下能夠提升系統(tǒng)可靠性、便捷性和可維護(hù)性，并在應(yīng)急狀態(tài)下支撐雷達(dá)車主體功能任務(wù)的實(shí)施。

本文的在線策略重構(gòu)僅實(shí)現(xiàn)了設(shè)備自啟動(dòng)策略重構(gòu)和插件執(zhí)行策略重構(gòu)，且插件執(zhí)行策略重構(gòu)僅同時(shí)對(duì)最多兩個(gè)插件進(jìn)行互換。后續(xù)還將進(jìn)一步完善在線策略重構(gòu)的策略類別及同時(shí)重構(gòu)插件的數(shù)量。