陸鵬

摘要：以某型飛機(jī)鐵鳥綜合試驗室液壓測試系統(tǒng)的研究為工程應(yīng)用背景，根據(jù)試驗需求和運用環(huán)境分析了在該測試系統(tǒng)中的特點和難點，針對提出的相關(guān)問題提出相應(yīng)的技術(shù)解決方案。該測試系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計、數(shù)據(jù)預(yù)處理、抗干擾技術(shù)、多任務(wù)系統(tǒng)交聯(lián)管理的方法。經(jīng)驗證試驗，實現(xiàn)多種傳感器信號的數(shù)據(jù)采集、記錄與分析，為鐵鳥綜合試驗提供準(zhǔn)確、可靠的試驗數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：測控；分布式；數(shù)據(jù)預(yù)處理；抗干擾

鐵鳥試驗臺時按照飛機(jī)1：1比例搭建的液壓、操縱系統(tǒng)試驗臺。在鐵鳥平臺上一般安裝由真實的飛控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和起落架系統(tǒng)，有些機(jī)型還配置航電、電源等系統(tǒng)。鐵鳥試驗臺肩負(fù)著飛行控制、液壓系統(tǒng)交付飛行試驗前的一個系統(tǒng)驗證和確認(rèn)過程。鐵鳥試驗?zāi)軌驑O大程度上驗證飛機(jī)多個系統(tǒng)性能是否滿足要求和安全性是否滿足要求。鐵鳥試驗獲取的試驗數(shù)據(jù)，是開展飛行試驗的重要依據(jù)。對試驗效果的評價離不開對試驗數(shù)據(jù)的采集、分析處理[1]。因此測控系統(tǒng)的設(shè)計需求分析對試驗尤為重要。

本文將從目前某型號飛機(jī)鐵鳥試驗中測試需求的情況著手分析，為測控系統(tǒng)的設(shè)計提供依據(jù)。測控系統(tǒng)能夠完成飛機(jī)液壓系統(tǒng)、操縱系統(tǒng)、飛控系統(tǒng)地面模擬試驗，具有數(shù)據(jù)采集、處理、存儲、顯示、試驗流程管理的功能。通過測控系統(tǒng)可以參與完成液壓系統(tǒng)鐵鳥臺性能試驗和操縱系統(tǒng)試驗驗證，為液壓、操縱系統(tǒng)設(shè)計分析提供準(zhǔn)確、可靠的試驗方法和數(shù)據(jù)，為設(shè)計和優(yōu)化提供保障。下面分析鐵鳥試驗室的測控需求的特點，為系統(tǒng)設(shè)計提供依據(jù)。

1.1 信號分布廣種類多

對于大型的鐵鳥試驗臺而言，測試點分布于座艙、前起落架、主起落架、左右機(jī)翼、機(jī)身液壓附件艙、4臺液壓泵、升降舵、方向舵、水舵、各類型助力以及其他任務(wù)系統(tǒng)等，需要采集信號的位置很多，傳感器布局較分散。需要對操縱系統(tǒng)的舵偏、位移、力以及液壓系統(tǒng)的壓力、流量、溫度、脈動、等信號進(jìn)行測量[2]。

根據(jù)對液壓、操縱系統(tǒng)地面模擬試驗要求的整理，對測試需求具體見表1所示。

1.2 信號類型、采樣率不同

全系統(tǒng)試驗時，針對不同的系統(tǒng)其采樣率要求不盡相同，如操縱系統(tǒng)傳感器試驗僅需100Hz采樣率即可滿足試驗需求；正常液壓采樣率僅需1000Hz采樣率，而脈動測試的采樣率需要3000Hz。

在進(jìn)行剖面試驗時，系統(tǒng)要完成從滑跑、起飛、巡航、著陸等飛行階段，涉及到起落架、襟翼、剎車、前輪轉(zhuǎn)彎、液壓泵、舵面等試驗系統(tǒng)的數(shù)據(jù)測試采集，各個系統(tǒng)對于測試的精度、采樣率要求不同，同時數(shù)據(jù)量也比較大，對測試設(shè)備的實時處理存儲提出了更高的要求。

1.3 使用環(huán)境復(fù)雜

在液壓系統(tǒng)傳感器信號調(diào)試過程中，前期在原理調(diào)試過程中，還暫未發(fā)現(xiàn)電磁干擾的問題。但隨著試驗設(shè)備的不斷增加，這類干擾問題也逐漸浮現(xiàn)。

由于鐵鳥試驗室是一個兼具強(qiáng)電和弱電設(shè)備環(huán)境的場所。

干擾的來源有很多種，我們通常所說的干擾是電氣的干擾，但是從廣義上說，鐵鳥試驗室的噪聲、溫度效應(yīng)、振動等都可能給測量帶來影響，產(chǎn)生干擾。在測量過程中，如果不能排除這些干擾的影響，儀表就不能夠正常的工作。

1.4 交聯(lián)系統(tǒng)眾多

鐵鳥試驗臺測控系統(tǒng)不僅要測量眾多的傳感器數(shù)據(jù)，還承擔(dān)著與各個系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的責(zé)任[3]。同時兼?zhèn)淞朔瓷鋬?nèi)存網(wǎng)接口、以太網(wǎng)通信接口、同步時鐘網(wǎng)絡(luò)等，具體功能如下：

a）具有與簡易飛行模擬系統(tǒng)通過VMIC進(jìn)行實時通信的接口，提供操縱參數(shù)，如各舵面偏度、起落架狀態(tài)、剎車狀態(tài)等用于飛行仿真模擬；

b）具有與機(jī)械泵驅(qū)動裝置的以太網(wǎng)通信接口，主要用于遠(yuǎn)程控制機(jī)械泵的啟動、停止。

c）具有與加載系統(tǒng)通信的以太網(wǎng)接口，轉(zhuǎn)發(fā)部分飛行仿真數(shù)據(jù)如速度、高度，發(fā)送部分測量數(shù)據(jù)，如舵面偏度，以便加載系統(tǒng)用于加載力的計算，同時監(jiān)測加載力的大小，對加載系統(tǒng)起到一定監(jiān)控作用。

d）具有與機(jī)械位移發(fā)生器的以太網(wǎng)接口，主要用于遠(yuǎn)程操作驅(qū)動設(shè)備的啟動和停止。

e）具有與襟翼控制盒、擾流板控制計算機(jī)、傳感器處理計算機(jī)、前輪轉(zhuǎn)彎控制盒、機(jī)輪剎車控制盒、起落架控制盒、自駕儀、飛行仿真系統(tǒng)、虛擬儀表系統(tǒng)的ARINC429總線通訊接口，429總線的通訊速率為100kbps；

4解決方法

4.1 分布式數(shù)據(jù)采集

各系統(tǒng)測量信號分散，為減小信號傳遞長度，盡量減少干擾，選用雙基站式分布式的測量系統(tǒng)，將各種信號在通艙前部、中后部集中采集后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳輸至測控間客戶端。

兩個基站間建立1588同步時間網(wǎng)絡(luò)保證數(shù)據(jù)采集的時間同步性。1588時鐘同步網(wǎng)用于測控系統(tǒng)內(nèi)部各個設(shè)備之間的時間同步。采用獨立組網(wǎng)的方式，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

針對系統(tǒng)通道多、速度快、精度要求高的特點，采用“信號調(diào)理模塊+數(shù)據(jù)采集模塊”的形式，選用NI公司的數(shù)據(jù)采集卡加信號調(diào)理設(shè)備的方案，同時在軟件設(shè)計上，測控系統(tǒng)采用分布式、層次化的測試軟件結(jié)構(gòu)，采用模塊化設(shè)計方法。依據(jù)系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)特點及組成形式。

4.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

針對不同類型，不同采樣率的測試信號，在信號采集后，顯示存儲之前根據(jù)不同類型的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理。

首先是信號調(diào)理，對信號進(jìn)行放大、濾波、增益調(diào)節(jié)。然后根據(jù)不同類型的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行特別處理，如流量傳感器信號測量方式為一段時間的流量均值，需要對0.5s內(nèi)的數(shù)據(jù)求平均才能正常測量實際流量。最后是根據(jù)試驗配置要求，自動識別配置任務(wù)中的最高采樣頻率，以最高采樣頻率為準(zhǔn)自動補齊低采樣頻率要求的傳感器數(shù)據(jù)，并保存在試驗結(jié)果中，這樣可以在試驗后的數(shù)據(jù)處理中保證所有數(shù)據(jù)長度一致，便于試驗結(jié)果的分析對比。

4.3 抗干擾措施

在鐵鳥試驗室環(huán)境中，這些干擾總體上分為兩大類：內(nèi)部干擾和外部干擾，詳細(xì)分析無外乎由于輻射、溫度、濕度、振動、傳輸、感應(yīng)、電源、接地幾個方面。來自傳輸?shù)母蓴_主要有兩種途徑：一是通過傳感器供電電源或公用信號儀表的供電電源即配電器串入的電網(wǎng)干擾；二是信號線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾[4]。

對于第一類干擾，主要是測試系統(tǒng)會受到電網(wǎng)波動的干擾而在信號傳輸線路上產(chǎn)生波動。尤其是在機(jī)械泵啟停這類處于同一供電網(wǎng)內(nèi)的大功率設(shè)備狀態(tài)發(fā)生變化時，都會通過電纜線路對儀用電源產(chǎn)生干擾。因此在所有測控系統(tǒng)基站及傳感器電源的供電端都增加了電源隔離模塊，同時在每個基站增加一個電源低通濾波器。電源隔離模塊能夠有效降低內(nèi)部噪聲和外部噪聲的生成頻率，提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)信號的抗干擾能力。電源低通濾波器的引進(jìn)與應(yīng)用能夠濾除高次諧波，進(jìn)一步完善電源的性能。

對于第二類電磁輻射的干擾，在硬件上選用帶屏蔽的信號線纜，傳感器信號類型盡量選擇電流型，注意工作接地：信號回路接地和屏蔽接地。采取硬件抗干擾后.雖然大部分干擾信號可以被過濾掉或屏蔽掉，但是因為干擾信號產(chǎn)生的原因種類多樣。因此為了保證高精度、高穩(wěn)定性的測量與控制。往往在硬件抗干擾措施的基礎(chǔ)上。采取軟件抗干擾技術(shù)加以補充，作為硬件措施的輔助手段。

4.4 試驗管理系統(tǒng)

測控系統(tǒng)不僅要完成飛控、液壓和操縱系統(tǒng)的試驗，而且需要與飛機(jī)的其它部分進(jìn)行各種交聯(lián)試驗，試驗項目較多，測控軟件采用面向應(yīng)用的組態(tài)軟件設(shè)計方法。通過把軟件功能劃分成很多小的功能模塊，各模塊相對獨立又有機(jī)地聯(lián)系。測控軟件使用過程中，有效地選擇軟件模塊進(jìn)行組合，改變軟件時序。每個具體試驗項目均由測試軟件提供的各種功能組合而成，測試結(jié)果的顯示形式與分析方法、數(shù)據(jù)是否傳輸或保存等亦可通過選擇實現(xiàn)在不同試驗中的不同組合，從而使測控系統(tǒng)不僅能夠滿足飛控、液壓和操縱系統(tǒng)的試驗需要，而且可以靈活組合，適應(yīng)硬件支持的任何其它試驗，擴(kuò)展測控系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。

試驗管理系統(tǒng)通過千兆以太網(wǎng)對試驗室的多個試驗系統(tǒng)集中管理。各試驗系統(tǒng)都提供了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通訊接口，并定義了可供管理的指令。試驗管理系統(tǒng)對這些管理指令進(jìn)行編碼，采用網(wǎng)絡(luò)通訊的方式和各試驗系統(tǒng)實時進(jìn)行指令交互，實現(xiàn)試驗自動化運行。

試驗管理軟件通過可視化的設(shè)計工具創(chuàng)建好試驗流程，并設(shè)置好相關(guān)參數(shù)后，通過自動化管理軟件就可以執(zhí)行該試驗項目，試驗管理系統(tǒng)會按照規(guī)定的試驗步驟，對各個子系統(tǒng)發(fā)送指令，同時接收各子系統(tǒng)發(fā)送的關(guān)鍵試驗數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)顯示在不同的屏幕上，在主控屏上顯示目前正在執(zhí)行的試驗步驟，并可隨時中斷試驗。

5結(jié)束語

根據(jù)某型飛機(jī)飛控液壓系統(tǒng)綜合實驗的要求，分析該型號中測控系統(tǒng)的特點，采用同步時鐘，運用分布式、層次化的測試軟件結(jié)構(gòu)，采用模塊化設(shè)計方法。建立了具備分布式結(jié)構(gòu)的測試平臺。根據(jù)不同類型的信號，靈活運用信號調(diào)理、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)補齊等處理方法，提供了完善的數(shù)據(jù)后處理功能。同時，結(jié)合試驗現(xiàn)場環(huán)境，從軟、硬件上分別采取相應(yīng)的抗干擾措施，避免信號損失，保證數(shù)據(jù)有效性。實現(xiàn)了試驗管理系統(tǒng)通過千兆以太網(wǎng)對試驗室的多個試驗系統(tǒng)集中管理的目標(biāo)。在某型號鐵鳥試驗應(yīng)用中，已完成近幾百次試驗，并多次成功配合完成試驗排除故障工作，測試控制精度高，人機(jī)交互良好，試驗結(jié)果可靠性高。

參考文獻(xiàn)：

[1]薛峰，高承雍，王朝暉.飛機(jī)液壓測試系統(tǒng)需求分析及解決方案[J].測控技術(shù)，2015，34（6）：154-156.

[2]劉勇志，安思危，王紀(jì)森.飛機(jī)液壓鐵鳥試驗臺測試系統(tǒng)研究[J].機(jī)床與液壓，2015，43（16）：132-134.