張大為，劉迪，李建海

（1. 海軍航空工程學(xué)院控制工程系，山東煙臺(tái) 264 001； 2. 海軍航空工程學(xué)院基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部，山東煙臺(tái) 264 001）

一種航空電源不中斷供電技術(shù)的設(shè)計(jì)與研究

張大為1，劉迪1，李建海2

（1. 海軍航空工程學(xué)院控制工程系，山東煙臺(tái) 264 001； 2. 海軍航空工程學(xué)院基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部，山東煙臺(tái) 264 001）

本文針對(duì)飛機(jī)存在的地面電源與飛機(jī)對(duì)接狀態(tài)下瞬間斷電和起動(dòng)完成后由航空地面電源向機(jī)上電源供電轉(zhuǎn)換時(shí)的超差斷電問(wèn)題，結(jié)合智能控制理論，最大限度采用成熟技術(shù)和利用可靠裝備，進(jìn)行基于不中斷供電技術(shù)的航空地面電源改進(jìn)方案研究。本文擬在對(duì)飛機(jī)電源系統(tǒng)、航空地面電源及飛機(jī)地面電源向機(jī)上電網(wǎng)供電特點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上，深度挖掘和分析問(wèn)題成因及機(jī)理，針對(duì)性強(qiáng)地提出現(xiàn)實(shí)可行的解決措施，以期提高航空地面電源的供電可靠性和穩(wěn)定性。

地面航空電源故障轉(zhuǎn)換供電導(dǎo)航調(diào)頻器機(jī)載設(shè)備

0　引言

航空電源系統(tǒng)承擔(dān)著向所有機(jī)載用電設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠、安全和不間斷供電的任務(wù)。它可以作為飛行控制、通信導(dǎo)航、武器裝備等系統(tǒng)的唯一電源。航空電源供電系統(tǒng)的優(yōu)劣和可靠性對(duì)飛機(jī)完成作戰(zhàn)任務(wù)和保障飛行過(guò)程的安全具有不可替代的作用。航空地面電源是飛機(jī)地面保障的重要設(shè)備，它的主要作用是檢查飛機(jī)地面上起動(dòng)情況和機(jī)載設(shè)備的通電情況。飛機(jī)供電系統(tǒng)主要包含有三種工作狀態(tài)：正常工作狀態(tài)、非正常工作狀態(tài)和應(yīng)急工作狀態(tài)。不同的工作狀態(tài)之間可以相互轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的過(guò)程主要分為轉(zhuǎn)換工作和保護(hù)工作兩部分。其中，轉(zhuǎn)換工作是指在正常工作狀態(tài)下供電電源的轉(zhuǎn)換，這個(gè)過(guò)程由工作指令系統(tǒng)控制，是轉(zhuǎn)換工作的重要組成部分。不中斷供電是一種新的供電模式，以往造成供電中斷主要是由兩個(gè)原因引起的，一個(gè)是由于供電系統(tǒng)短路引起的，另一個(gè)是由于電源之間相互轉(zhuǎn)換引起的。電源之間的轉(zhuǎn)換包括飛機(jī)上主電源之間的轉(zhuǎn)換，主電源與應(yīng)急電源之間的轉(zhuǎn)換，地面電源向飛機(jī)上電源的轉(zhuǎn)換。地面電源與飛機(jī)上主電源之間轉(zhuǎn)換屬于正常轉(zhuǎn)換，如果一臺(tái)主發(fā)電機(jī)發(fā)生故障而引起的斷電屬于故障轉(zhuǎn)換，供電系統(tǒng)通過(guò)控制程序使該發(fā)電機(jī)退出工作狀態(tài)，由其他正常的發(fā)電機(jī)代替供電。在航空電源供電系統(tǒng)中，電源轉(zhuǎn)換過(guò)程中供電中斷的發(fā)生主要是因?yàn)楣╇娤到y(tǒng)電路中的繼電器需要一定的動(dòng)作時(shí)間，電壓衰減也需要一定的時(shí)間［1］。

1　國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況

隨著航空航天技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)載用電設(shè)備對(duì)航空電源供電系統(tǒng)的依賴(lài)性越來(lái)越強(qiáng)，現(xiàn)代化的通信設(shè)備、導(dǎo)航定位系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)和飛機(jī)控制系統(tǒng)等各種機(jī)載電子設(shè)備不斷裝備飛機(jī)，這要求航空供電系統(tǒng)要提供穩(wěn)定可靠、性能優(yōu)良的電源。機(jī)載電子設(shè)備對(duì)航空供電電源的穩(wěn)定性、精度、持久性、可靠性等技術(shù)指標(biāo)都有嚴(yán)格的要求。短時(shí)間的供電中斷都可能使飛機(jī)上的電子設(shè)備失效，從而影響到與它相關(guān)的其他用電設(shè)備，給整個(gè)飛機(jī)帶來(lái)安全隱患，危及飛行安全。對(duì)于航空電源供電系統(tǒng)的不中斷供電，控制程序比較復(fù)雜。如果需要由地面電源供電向航空電源供電轉(zhuǎn)換時(shí)，地面電源控制裝置會(huì)向飛機(jī)的發(fā)電機(jī)控制裝置發(fā)送一個(gè)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)發(fā)電機(jī)與地面電源的輸出頻率同步。交流發(fā)電機(jī)的并聯(lián)可以解決飛機(jī)用電設(shè)備的供電，但尚未完全解決不中斷供電的問(wèn)題［2-3］。

2　方案設(shè)計(jì)

在飛機(jī)起動(dòng)過(guò)程中瞬間斷電問(wèn)題成因的基礎(chǔ)上，結(jié)合智能控制理論和魯棒控制理論，運(yùn)用地面供電電源與航空電源供電轉(zhuǎn)換的同步控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)地面電源向航空電源供電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換［4-5］。同步控制技術(shù)可以降低電源轉(zhuǎn)換過(guò)程中暫態(tài)過(guò)程的過(guò)電壓和過(guò)電流，從而提高航空電源系統(tǒng)和機(jī)載用電設(shè)備的壽命。航空地面電源供電設(shè)備以飛機(jī)總線控制計(jì)算機(jī)為核心，該計(jì)算機(jī)的工作性能很強(qiáng)，在惡劣環(huán)境中的穩(wěn)定性和適應(yīng)性都很好。計(jì)算機(jī)的邏輯處理電路、接口電路、傳感器均采用高科技高性能的器件。用來(lái)實(shí)施對(duì)飛機(jī)供電系統(tǒng)的控制。通過(guò)傳感器將數(shù)據(jù)信息采集過(guò)來(lái)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)，根據(jù)檢測(cè)到的信號(hào)參數(shù)的各種指標(biāo)來(lái)判斷航空供電電源性能的好壞以及產(chǎn)生故障的原因［6-7］。系統(tǒng)原理如圖1所示。

3　軟件設(shè)計(jì)及流程

圖1　多傳感器計(jì)程儀組成

航空地面電源供電設(shè)備采用了兼有高級(jí)程序設(shè)計(jì)功能和低級(jí)匯編語(yǔ)言功能的C++語(yǔ)言，為了-能準(zhǔn)確的顯示傳感器所測(cè)量到的結(jié)果，軟件使用VC語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)，編寫(xiě)后的界面可以實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)量結(jié)果，使程序?qū)崿F(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)。在軟件系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集模塊和獨(dú)立的故障診斷模塊。數(shù)據(jù)采集模塊包括：數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理。故障診斷模塊是對(duì)航空電源系統(tǒng)出現(xiàn)的常見(jiàn)故障做出實(shí)時(shí)正確的診斷，并及時(shí)找出故障原因和排除故障。具體的程序流程圖如圖2所示。

圖程序流程圖2

4　結(jié)論

在航空電源轉(zhuǎn)換過(guò)程中，特別是保護(hù)工作過(guò)程出現(xiàn)供電中斷是不可避免的，而不中斷供電也僅能在電源正常工作時(shí)實(shí)現(xiàn)，對(duì)全電飛機(jī)和多電飛機(jī)的設(shè)計(jì)提出了挑戰(zhàn)。本文結(jié)合智能控制理論，最大限度采用成熟技術(shù)和利用可靠裝備，進(jìn)行基于不中斷供電技術(shù)的航空地面電源改進(jìn)方案研究。通過(guò)對(duì)地面電源的技術(shù)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)地面電源向航空電源系統(tǒng)供電的無(wú)縫轉(zhuǎn)換，提高了航空電源的供電可靠性。

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Design and Research of Uninterrupted Power Supply Technology for a Kind of Aviation Ground Power Supply

Zhang Dawei1，Liu Di1，Li Jianhai2
（1.Department of Control Engineering，Naval Aeronautical and Astronautical University，Yantai 264001，Shandong，China；2. Department of Basic Experiment，Naval Aeronautical and Astronautical University，Yantai 264001，Shandong，China）

Aimed at badly off_power problems in the instantaneous starting process of the aviation ground power supply in the docking for the aircraft and in the transformation process from the aviation ground power supplyto the aircraft power supply after the starting completion. Combining intelligent control theory, uses of mature technology and reliable equipment are maximized. The improvement of the aviation ground power supply based on technology of uninterrupted power supply is done, the causes and mechanism of the aircraft power supply and the aviation ground power supply for the aircraft based on the analysis of the characteristics of power supply are deeply excavated and analyzed. Practical and feasible solutions are put forward, in order to enhance the reliability and stability of the aviation ground power supply.

aviation ground power supply; fault transformation; power supply; navigation; frequency modulator; airborne equipment

TP273

A

1003-4862（2015）09-0006-02

2015-04-09

張大為 （1979-），男，講師。研究方向： 電氣工程及其自動(dòng)化。