王 騫，王領(lǐng)華，呂建偉，余 群，王思峰

(中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院,北京 100076)

0 引言

航天器電氣系統(tǒng)中包含眾多的壓力傳感器、電磁閥、自鎖閥、溫度傳感器、火工品等負(fù)載，電氣接口數(shù)量繁多，且各電氣部件在航天器內(nèi)部布局分散導(dǎo)致其電纜連接復(fù)雜，在全系統(tǒng)進(jìn)行電氣匹配試驗(yàn)時(shí)需要花費(fèi)大量的人力進(jìn)行電纜的梳理和接插件的插拔，且容易出錯(cuò)。另一方面電磁閥、自鎖閥的動(dòng)作次數(shù)是有壽命限制的，航天器電氣匹配試驗(yàn)要進(jìn)行大量的測(cè)試，不可能每次測(cè)試都驅(qū)動(dòng)真實(shí)電磁閥、自鎖閥進(jìn)行動(dòng)作，火工品更是不可能每次測(cè)試都引爆真實(shí)火工品。

電子負(fù)載模擬器用于模擬航天器電氣系統(tǒng)的負(fù)載信號(hào)特性，并將所有硬件模塊集成到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱中，所有電氣信號(hào)接口通過(guò)若干接插件匯總對(duì)外進(jìn)行連接，用于航天器電氣匹配試驗(yàn)，既驗(yàn)證了上游驅(qū)動(dòng)電路的電氣匹配特性，又節(jié)省了梳理電纜和插拔接插件的繁瑣性。

1 設(shè)計(jì)原則

電子負(fù)載模擬器的設(shè)計(jì)原則主要包括：

1)在滿足各項(xiàng)功能和技術(shù)指標(biāo)要求且性能穩(wěn)定可靠的前提下，盡可能減小設(shè)備的設(shè)計(jì)復(fù)雜程度，提高結(jié)構(gòu)和功能布局的合理性；

2)人機(jī)交互性好，便于操作和維護(hù)；

3)采用通用化和組合化的設(shè)計(jì)思想，提高電子負(fù)載模擬器的通用性，便于功能擴(kuò)充。

2 系統(tǒng)功能及工作原理

電子負(fù)載模擬器由機(jī)箱、供電模塊、風(fēng)扇模塊、壓力傳感器模塊、溫度傳感器模塊、閥門(mén)火工品模塊組成，實(shí)現(xiàn)了50路電磁閥和36路自鎖閥負(fù)載的模擬，并采集通電時(shí)間，采集誤差不大于1%；28路壓力傳感器信號(hào)的模擬，壓力值模擬精度優(yōu)于1%；66路溫度傳感器的模擬，溫度值模擬精度優(yōu)于1%；32路火工品負(fù)載的模擬，并采集火工品的供電電壓及通電時(shí)間，采集誤差均不大于1%。

系統(tǒng)板卡選用型號(hào)為CP62001的成熟板卡，包括主板和后傳板兩部分，配置IntelCore2處理器、4G內(nèi)存、256G固態(tài)硬盤(pán)、4路以太網(wǎng)接口、1路RS232接口、1路RS422接口、4路USB接口，主板尺寸為233 mm×160 mm，后傳板尺寸為233 mm×80 mm。

每種功能模塊中都包含CPCI總線接口[1-2]，主要作用是在CPU和各功能模塊之間建立橋接通道。PCI總線協(xié)議芯片選用PCI9054[3-4]，局部總線接口由PCI9054的局部總線模式來(lái)實(shí)現(xiàn)，控制電路由FPGA實(shí)現(xiàn)。PCI9054是專門(mén)的PCI協(xié)議芯片，它的PCI端可以直接通過(guò)CPCI接插件與CPCI底板連接。

各個(gè)模塊的PCI控制部分如圖1所示，在模擬量輸出設(shè)置時(shí)，CPU模塊通過(guò)PCI9054發(fā)送指令給各個(gè)模塊的FPGA，再由FPGA解析成邏輯數(shù)字信號(hào)經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)之后發(fā)送給接口電路。在接收到PCU數(shù)字指令時(shí)，F(xiàn)PGA會(huì)產(chǎn)生中斷信號(hào)，并經(jīng)PCI橋通知CPU模塊來(lái)接收數(shù)據(jù)。

圖1 PCI控制框圖

3 硬件模塊設(shè)計(jì)

3.1 機(jī)箱

機(jī)箱采用4U定制CPCI工控機(jī)箱，寬19英寸，高4 U，深346 mm，8個(gè)CPCI槽位，帶把手，可上架。

機(jī)箱使用鋼質(zhì)機(jī)籠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，機(jī)箱外表將使用噴塑工藝，機(jī)箱使用強(qiáng)制風(fēng)冷設(shè)計(jì)，由右向左進(jìn)風(fēng)散熱。機(jī)箱安裝有把手及安裝孔，方便轉(zhuǎn)運(yùn)及上架，前面板有兩個(gè)洗槽，用于粘貼銘牌。機(jī)箱前面板及后面板設(shè)計(jì)有兩個(gè)串聯(lián)的開(kāi)關(guān)，用來(lái)控制設(shè)備加斷電。機(jī)箱支持后傳板擴(kuò)展，設(shè)計(jì)中，背板一側(cè)的功能板卡后傳板集成了PCI接口電路、FPGA電路及隔離供電電路等，用于進(jìn)行信號(hào)處理及接口控制。背板另一側(cè)的接口板集成了專用接口，用于完成不同功能。

3.2 供電模塊

電子負(fù)載模擬器使用AC/DC電源模塊為整個(gè)設(shè)備供電。電源模塊通過(guò)安裝螺絲安裝到機(jī)箱上，必要時(shí)可更換。設(shè)備系統(tǒng)板峰值功率不大于60 W，風(fēng)扇組功率為24 W，各功能板卡總功率不大于60 W，設(shè)備用電峰值不大于144 W。

供電模塊分別提供3.3 V、5 V、+12 V、-12 V，用于各電路供電，為了保證設(shè)備的安全性，CPCI電源將AC220 V與直流3.3 V、5 V、+12 V、-12 V等電源進(jìn)行了隔離。3.3 V、5 V、+12 V、-12 V又分別通過(guò)隔離模塊進(jìn)行了二次隔離。

電源接地情況如圖2所示。

圖2 電源接地示意圖

3.3 風(fēng)扇模塊

風(fēng)扇模塊選用成熟產(chǎn)品，支持熱插拔。風(fēng)扇上安裝有把手和安裝螺釘，必要時(shí)可進(jìn)行風(fēng)扇拆卸更換。風(fēng)扇組使用4個(gè)相互獨(dú)立的8 025風(fēng)扇，風(fēng)向從右至左，通過(guò)撥碼可方便進(jìn)行風(fēng)速調(diào)節(jié)。

風(fēng)扇使用撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)置的方式調(diào)速，在風(fēng)扇盒右邊設(shè)計(jì)一個(gè)開(kāi)孔，透過(guò)開(kāi)孔可以調(diào)節(jié)風(fēng)速。撥碼開(kāi)關(guān)撥到1時(shí)，風(fēng)速不轉(zhuǎn)，撥碼開(kāi)關(guān)撥到2時(shí)風(fēng)速轉(zhuǎn)速為50%，撥到3時(shí)風(fēng)速為75%，撥到4時(shí)為100%，風(fēng)扇默認(rèn)風(fēng)速為50%。

3.4 壓力傳感器信號(hào)模擬

壓力傳感器信號(hào)[5-6]的模擬使用DA輸出卡實(shí)現(xiàn)。板卡使用DA芯片輸出0～5.1 V電壓以涵蓋壓力傳感器輸出的1～5 V的壓力信號(hào)，單塊板卡提供72個(gè)輸出通路，輸出精度可以達(dá)到±10 mV，使用1塊板卡即可滿足技術(shù)要求所提的28路傳感器信號(hào)模擬功能。

在設(shè)計(jì)中采用FPGA控制D/A轉(zhuǎn)換器AD5372來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬量的輸出。AD5372最大輸出5.1 V，12位分辨率，精度可達(dá)5 mV。其中，AD5372的復(fù)位端是通過(guò)FPGA的一個(gè)I/O引腳接一個(gè)10 kΩ的上拉電阻輸出實(shí)現(xiàn)控制的，它主要完成AD5372的上電配置控制。模擬量接口電路原理如圖3所示。

圖3 模擬量接口電路原理圖

3.5 溫度傳感器模擬

溫度傳感器模塊用于模擬真實(shí)溫度傳感器[7-8]，具備接口電磁隔離的特點(diǎn)。使用繼電器切換，使得溫度傳感器模擬板上電期間，可以輸出特定阻值，保證被測(cè)設(shè)備狀態(tài)穩(wěn)定。使用數(shù)字電位器串聯(lián)的方式，兼顧了大輸出量程和小步進(jìn)值的要求。

上位機(jī)通過(guò)PCI總線和9054橋芯片，將設(shè)置信息注入FPGA，F(xiàn)PGA解析設(shè)置信息后，按照數(shù)字電位器控制時(shí)序推出設(shè)置數(shù)據(jù)，經(jīng)光電隔離后，驅(qū)動(dòng)數(shù)字電位器輸出溫度量，再經(jīng)輸出控制電路輸出至板卡接插件。

輸出接口采用數(shù)字電位器AD5235和MAX5496串聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度傳感器RT的仿真。兩者均為SPI控制接口的1 024分層的可調(diào)數(shù)字電位器，電阻溫漂值為35 ppm/℃。設(shè)計(jì)中電位器選用的量程為250 kΩ和10 kΩ，其中10 kΩ的最小分辨率為9.76 Ω。模擬溫度傳感器的量程為200 Ω～250 kΩ。當(dāng)量程要求大于250 kΩ時(shí)，部分通道可通過(guò)切換繼電器K2，串入240 kΩ的固定阻值，而使量程達(dá)到200 Ω～490 kΩ。考慮到溫度和穩(wěn)定度對(duì)板卡的影響，溫度傳感器卡輸出電阻的精度在50～100 Ω之間。

由于數(shù)字電位器在斷電時(shí)輸出較大阻值，對(duì)應(yīng)溫度傳感器的溫度值較低，因此為了防止測(cè)試時(shí)意外斷電而造成溫控的溫控動(dòng)作，對(duì)輸出電阻阻值使用雙刀雙擲的歐姆龍繼電器K1(G6K-2F)進(jìn)行控制。斷電時(shí)，輸出電阻阻值R0為1.6 kΩ，在上拉7.5 kΩ的測(cè)溫電路中，以MF501型號(hào)溫度傳感器為參考，此時(shí)的溫度大于30 ℃，溫控不會(huì)發(fā)生動(dòng)作。加電后，先設(shè)置數(shù)字電位器至初始溫度，然后再將RTH+和RTH-切至數(shù)字電位器端，接口框圖見(jiàn)圖4。

圖4 溫度傳感器板卡接口框圖

電子負(fù)載設(shè)備需要模擬32路溫度傳感器模擬信號(hào)。單塊板卡共20路大阻值電阻輸出，阻值的設(shè)置范圍是200 Ω～490 kΩ，板卡輸出通道路數(shù)和電阻指標(biāo)均能滿足檢測(cè)設(shè)備的要求。

板卡對(duì)外提供2個(gè)J14A-74ZJ的接插件，對(duì)外的節(jié)點(diǎn)為72路電阻的A，B兩端，每路之間相互隔離，方便多臺(tái)設(shè)備的連接使用。

單塊板卡提供72個(gè)輸出通路，使用1塊板卡即可滿足要求的66路溫度傳感器模擬。

3.6 電磁閥、自鎖閥、火工品負(fù)載模擬

電磁閥和自鎖閥負(fù)載的模擬[9-10]使用真實(shí)負(fù)載和模擬負(fù)載相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)，因電磁閥體積較大，若全部使用真實(shí)電磁閥進(jìn)行模擬，體積龐大且成本過(guò)高難以實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)使用電纜互換的形式實(shí)現(xiàn)各測(cè)試通路真實(shí)負(fù)載和模擬負(fù)載的切換。

電磁閥的真實(shí)負(fù)載由1路1 000 N電磁閥，2路150 N電磁閥，2路10 N電磁閥構(gòu)成。自鎖閥的真實(shí)負(fù)載由1路高壓氣路自鎖閥，1路低壓氣路自鎖閥和2路液路自鎖閥構(gòu)成。為防止電磁閥斷電時(shí)發(fā)生電壓倒灌，基于安全性設(shè)計(jì)添加消反峰電路。

50路電磁閥、36路自鎖閥、32路火工品[11]的模擬負(fù)載使用154路50 K電阻進(jìn)行模擬。單塊板卡可實(shí)現(xiàn)100路電阻負(fù)載模擬，要滿足154路電阻負(fù)載模擬需2塊。

在進(jìn)行電磁閥、自鎖閥、火工品負(fù)載模擬的同時(shí)還需采集電磁閥和自鎖閥的通電時(shí)間，采集火工品的供電電壓及通電時(shí)間。電磁閥和自鎖閥通電時(shí)間的采集使用通用指令檢測(cè)卡實(shí)現(xiàn)，火工品的供電電壓及通電時(shí)間采集使用離散指令檢測(cè)卡實(shí)現(xiàn)。

通用指令檢測(cè)卡可實(shí)現(xiàn)66.7納秒-217天寬度范圍的準(zhǔn)確采集。

離散指令檢測(cè)卡可實(shí)現(xiàn)3～30 V電壓和1 ms～16 s寬度范圍的準(zhǔn)確采集。

3.7 地線設(shè)計(jì)

出于安全性考慮，地面設(shè)備內(nèi)部電源的地線[12-13]與220 V市電/機(jī)殼絕緣處理，隔離電阻不小于5 MΩ，設(shè)備的供電插座采用帶地線的三線插座，機(jī)殼與電源插座的中線相連。測(cè)試設(shè)備與飛行器上設(shè)備連接的信號(hào)地經(jīng)過(guò)了二級(jí)隔離處理，機(jī)箱內(nèi)部的CPCI電源將一次電源AC220 V轉(zhuǎn)換成CPCI電源(+3.3 V，+5 V，+12 V，-12 V)。印制板上的DC/DC電源模塊將CPCI電源再次轉(zhuǎn)換成接口電路使用的電源。印制板間的接口電源地線相互隔離。地線連接如圖5所示。

圖5 地線連接圖

4 軟件設(shè)計(jì)

軟件運(yùn)行在測(cè)試設(shè)備的CPU上，控制軟件采用VS2012軟件開(kāi)發(fā)。軟件控制模擬量輸出接口和各種指令檢測(cè)。

所有的測(cè)試接口均具有動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(.dll文件)，軟件界面如圖6所示。

圖6 軟件界面

為方便板卡的調(diào)試和使用，針對(duì)不同的板卡提供了不同的測(cè)試軟件。根據(jù)界面的不同，測(cè)試軟件又分為非圖形化和圖形化兩種。

4.1 非圖形化測(cè)試軟件

非圖形化測(cè)試軟件用于簡(jiǎn)單的板卡測(cè)試，包括模擬量采集、模擬量輸出、指令檢測(cè)和指令輸出，軟件具有小巧、簡(jiǎn)單、穩(wěn)定的特點(diǎn)，如圖7所示，包括板卡檢測(cè)、板卡選擇和功能選擇。

圖7 非圖形化測(cè)試軟件

板卡檢測(cè)可以將所有匹配的板卡以列表的形式顯示出來(lái)。板卡選擇是用戶選擇板卡進(jìn)行測(cè)試的部分，用戶輸入板卡的ID即可對(duì)該板卡功能進(jìn)行測(cè)試。功能選擇對(duì)不同板卡意義不同，如圖7顯示的是模擬量采集提供的功能，包括讀取單路電壓和多路電壓，用戶輸入主菜單對(duì)應(yīng)功能的編號(hào)按照提示進(jìn)行操作即可。

4.2 圖形化測(cè)試軟件

圖形化測(cè)試軟件作為非圖形化測(cè)試軟件的補(bǔ)充，具有直觀、多功能、對(duì)環(huán)境依賴度高的特點(diǎn)，包括模擬量輸出采集調(diào)試助手和指令輸出檢測(cè)調(diào)試助手。

4.2.1 模擬量輸出采集助手

模擬量輸出采集助手界面如圖8所示。

圖8 模擬量輸出采集助手

該調(diào)試助手包括板卡配置、配置輸出數(shù)據(jù)、使能模擬量輸出、模擬量采集值顯示和比對(duì)。

板卡配置用于選擇AD和DA板卡，具有自動(dòng)檢測(cè)功能，會(huì)將當(dāng)前工控機(jī)存在的匹配板卡以下拉列表的形式進(jìn)行顯示，顯示順序與板卡在工控機(jī)插槽的順序相同。對(duì)于同類型板卡(相同板卡ID)根據(jù)選擇索引值不同可以進(jìn)行區(qū)分。板卡連接成功后，指示燈顏色由紅變綠。

配置輸出數(shù)據(jù)用于配置模擬量輸出數(shù)據(jù)，軟件啟動(dòng)后會(huì)隨機(jī)生成72個(gè)在默認(rèn)上下限范圍的浮點(diǎn)數(shù)，用戶也可以重新設(shè)置上下限范圍，并選擇隨機(jī)生成、固定生成、遞增生成或遞減生成，其中固定生成是以下限值為固定值。用戶也可以選擇文件導(dǎo)入的方式導(dǎo)入數(shù)據(jù)，文件中的數(shù)據(jù)需以空格、逗號(hào)或制表符分隔。

使能模擬量輸出用于輸出指定通道的配置數(shù)據(jù)，在未連接模擬量輸出板卡時(shí)，該模塊為灰色不可用。用戶選擇某通道進(jìn)行輸出后會(huì)彈出對(duì)話框來(lái)確認(rèn)輸出，確認(rèn)輸出后在模擬量采集表的對(duì)應(yīng)通道的設(shè)定值一欄會(huì)更新為該輸出數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)用于后續(xù)的誤差比較。用戶也可以選擇全部通道進(jìn)行輸出。

4.2.2 指令輸出檢測(cè)助手

指令輸出檢測(cè)助手界面如圖9所示。

圖9 指令輸出檢測(cè)助手

該調(diào)試助手包括板卡配置、配置輸出數(shù)據(jù)、輸出類型、使能指令輸出和指令檢測(cè)表。

板卡配置用于連接指令輸出板和指令檢測(cè)。軟件具有自動(dòng)檢測(cè)功能，會(huì)將當(dāng)前工控機(jī)存在的匹配板卡以下拉列表的形式進(jìn)行顯示，顯示順序與板卡在工控機(jī)插槽的順序相同。對(duì)于同類型板卡(相同板卡ID)根據(jù)選擇索引值不同可以進(jìn)行區(qū)分。板卡連接成功后，指示燈顏色由紅變綠。

配置輸出數(shù)據(jù)用于配置指令輸出數(shù)據(jù)，軟件啟動(dòng)后會(huì)隨機(jī)生成72個(gè)在默認(rèn)上下限范圍的指定類型指令數(shù)據(jù)(默認(rèn)為脈沖指令)，用戶也可以重新設(shè)置上下限范圍，并選擇隨機(jī)生成、固定生成、遞增生成或遞減生成，其中固定生成是以下限值為固定值。如果選擇直流開(kāi)關(guān)，每通道只有高、低電平兩種選擇，該指令類型只有隨機(jī)生成和固定生成兩種。用戶也可以選擇文件導(dǎo)入的方式導(dǎo)入數(shù)據(jù)，文件中的數(shù)據(jù)需以空格、逗號(hào)或制表符分隔。用戶選擇脈沖指令和直流開(kāi)關(guān)配置數(shù)據(jù)不相同，如圖10所示為脈沖指令和直流開(kāi)關(guān)的配置數(shù)據(jù)，直流開(kāi)關(guān)不支持文件導(dǎo)入、遞增生成和遞減生成。

圖10 脈沖指令和直流開(kāi)關(guān)的配置數(shù)據(jù)

輸出類型用于設(shè)定輸出類型，包括脈沖指令和直流開(kāi)關(guān)兩種，目前只支持單一指令輸出。

使能指令輸出用于輸出單通道或全部通道指令，只有在連接指令輸出板卡成功后，輸出選項(xiàng)才可用。在輸出指令時(shí)，會(huì)提示用戶確認(rèn)輸出。遞增輸出用于輸出所有通道配置指令，間隔時(shí)間為相鄰?fù)ǖ垒敵鲩g隔的時(shí)間。

指令檢測(cè)表用于實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的直流狀態(tài)和脈沖信息，每通道包括3列數(shù)據(jù)，分別為直流狀態(tài)、脈寬ms和脈沖計(jì)數(shù)。直流狀態(tài)不斷查詢當(dāng)前通道的直流狀態(tài)并顯示，脈寬用于實(shí)時(shí)檢測(cè)當(dāng)前通道脈沖信息，脈沖計(jì)數(shù)用于記錄當(dāng)前通道檢測(cè)到的脈沖指令計(jì)數(shù)。

5 可靠性設(shè)計(jì)

5.1 EMC設(shè)計(jì)

EMC設(shè)計(jì)[14-15]的目的是降低本設(shè)備干擾，提高自身的抗干擾能力，使設(shè)備具有良好的電磁兼容性。

PCB設(shè)計(jì)為多層板，電源、地、信號(hào)分層布線。良好的地線層不會(huì)產(chǎn)生共模耦合，也不會(huì)經(jīng)地線形成環(huán)流產(chǎn)生電磁效應(yīng)。加強(qiáng)元器件的布局，使信號(hào)線走線盡量短，增強(qiáng)設(shè)備電磁兼容性。

負(fù)載模擬器采用的是金屬外殼的機(jī)箱，金屬外殼是各種頻率下的良好電屏蔽材料，對(duì)電磁波有較大的吸收損耗。每塊板卡的面板上安裝有屏蔽條，使得板卡之間銜接緊密，無(wú)縫隙，可以防止干擾外泄和外界干擾的進(jìn)入，對(duì)電磁波有較大的反射損耗。

5.2 抗力學(xué)設(shè)計(jì)

電子負(fù)載模擬器采用CPCI標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱，CPCI機(jī)箱采用高可靠的歐規(guī)板卡結(jié)構(gòu)，每塊板卡底部采用2 mm密度的針孔連接器，板卡面板兩端使用螺絲將面板緊固在機(jī)箱上，板卡面板間銜接緊密，具有堅(jiān)固的構(gòu)架和良好的抗振動(dòng)性能。

電磁閥箱內(nèi)的電磁閥使用螺釘、螺母安裝在底板上，加彈墊和平墊進(jìn)行緊固防松，并在螺釘螺母處采用硅橡膠GD414進(jìn)行點(diǎn)封處理；箱內(nèi)線束走線規(guī)范，并進(jìn)行固定捆扎處理；對(duì)外連接器使用螺釘螺母進(jìn)行緊固，機(jī)箱內(nèi)部、外部使用的螺釘螺母均涂硅橡膠GD414防止松動(dòng)。

5.3 降額設(shè)計(jì)

元器件是產(chǎn)品的基本組成單元，它們是系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)。保證元器件的正確選擇和使用是產(chǎn)品可靠性工作中的最重要的工作項(xiàng)目之一。為確保產(chǎn)品的高質(zhì)量和高可靠性，研制中對(duì)元器件進(jìn)行了嚴(yán)格的選擇和控制，嚴(yán)格按照GJB/Z35-93《元器件降額準(zhǔn)則》對(duì)產(chǎn)品使用的導(dǎo)線、接插件等重要元器件執(zhí)行II級(jí)降額。

5.4 熱設(shè)計(jì)

熱設(shè)計(jì)直接關(guān)系到電子負(fù)載模擬器的長(zhǎng)壽命和高可靠性能，CPCI測(cè)試驗(yàn)證設(shè)備散熱系統(tǒng)以風(fēng)冷和對(duì)流為主。電子負(fù)載模擬器散熱系統(tǒng)包含4個(gè)散熱風(fēng)扇，IPMI/I2C控制調(diào)速(可調(diào)0、50%、75%、100%四檔)，根據(jù)散熱需求，可通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。風(fēng)扇組支持熱插拔。

5.5 防靜電設(shè)計(jì)

為了減少或消除靜電放電對(duì)設(shè)備的影響，電子負(fù)載模擬器在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)此進(jìn)行了充分的考慮并采取相應(yīng)的防護(hù)措施，具體措施如下：

1)機(jī)殼地接地良好；

2)產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)、調(diào)試、試驗(yàn)的過(guò)程中，操作人員正確使用防靜電設(shè)施，戴防靜電腕帶，穿著防靜電服和防靜電鞋，并且防靜電腕帶與人體良好相接；

3)產(chǎn)品操作人員的工作臺(tái)有ESD防護(hù)工作臺(tái)面，工作臺(tái)面通過(guò)接地電纜接地，接地電纜中的電阻器安裝在與工作臺(tái)的連接點(diǎn)上或其附近。

經(jīng)過(guò)以上分析，電子負(fù)載模擬器的設(shè)計(jì)符合有關(guān)防靜電規(guī)定，采用的防靜電設(shè)計(jì)和措施能夠滿足要求。

6 安全性設(shè)計(jì)

電子負(fù)載模擬器的安全性設(shè)計(jì)嚴(yán)格按照GJB900-90《系統(tǒng)安全性通用大綱》和QJ2236A-99《航天產(chǎn)品安全性保證要求》進(jìn)行，產(chǎn)品的安全性是指產(chǎn)品不發(fā)生事故的能力，因此針對(duì)性地采取了一定的安全性措施。首先，電子負(fù)載模擬器設(shè)備的內(nèi)部用電電壓較低，不會(huì)給操作人員造成危險(xiǎn)。其次，對(duì)產(chǎn)品機(jī)械外殼上較為尖銳的棱角采取了倒圓措施，能夠有效保護(hù)使用人員安全。

7 可維修性設(shè)計(jì)

可維修性設(shè)計(jì)在地面測(cè)試設(shè)備的設(shè)計(jì)中是非常重要的。進(jìn)行可維修性設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮中繼級(jí)維修，要求簡(jiǎn)化產(chǎn)品及維修操作，電路中留有必要的檢查點(diǎn)并使其易于接近并有合適的標(biāo)記，應(yīng)考慮易于調(diào)試和校準(zhǔn)并易于隔離和尋找故障，并形成中繼級(jí)維修保養(yǎng)手冊(cè)，這對(duì)提高設(shè)備的利用率是非常有效的。電子負(fù)載模擬器具備較好的可維修性，能夠方便和快捷地查找和排除故障，為此采取了以下措施：

1)PCB板均采用插拔式結(jié)構(gòu)，方便更換；

2)系統(tǒng)電源為插拔結(jié)構(gòu)，方便拆卸；

3)系統(tǒng)風(fēng)扇為插拔結(jié)構(gòu)，方便拆卸。

8 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

電子負(fù)載模擬器配合某型號(hào)飛行器電氣系統(tǒng)模飛測(cè)試，測(cè)試過(guò)程準(zhǔn)確無(wú)誤，并產(chǎn)生大量測(cè)試數(shù)據(jù)。

對(duì)于電磁閥模塊，其開(kāi)關(guān)狀態(tài)由飛行器控制系統(tǒng)按照控制制導(dǎo)算法實(shí)時(shí)控制，單次模飛測(cè)試并未覆蓋50路電磁閥全部動(dòng)作，故隨機(jī)抽取了10次模飛測(cè)試數(shù)據(jù)，50路電磁閥動(dòng)作可以全部覆蓋。對(duì)于36路自鎖閥和32路火工品模塊，單次模飛均能夠全部覆蓋。對(duì)于28路壓力傳感器和66路溫度傳感器的信號(hào)模擬，是通過(guò)地面人為設(shè)置工作量程范圍內(nèi)的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生，所以單次模飛必然全覆蓋。故抽取10次模飛測(cè)試數(shù)據(jù)可以覆蓋電子負(fù)載模擬器所有功能指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)需求。

50路電磁閥模塊共動(dòng)作439次，通過(guò)單次動(dòng)作時(shí)長(zhǎng)實(shí)測(cè)值與控制系統(tǒng)發(fā)送的指令動(dòng)作時(shí)長(zhǎng)比對(duì)，統(tǒng)計(jì)動(dòng)作時(shí)長(zhǎng)的測(cè)量精度平均值，如表1所示。

表1 電子負(fù)載模擬器參與飛行器模飛測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

36路自鎖閥模塊共動(dòng)作391次，通過(guò)單次動(dòng)作時(shí)長(zhǎng)實(shí)測(cè)值與飛行器發(fā)送的指令動(dòng)作時(shí)長(zhǎng)比對(duì)，統(tǒng)計(jì)動(dòng)作時(shí)長(zhǎng)的測(cè)量精度平均值，如表1所示。

32路火工品模塊共模擬引爆320次，通過(guò)單次通電時(shí)長(zhǎng)實(shí)測(cè)值與飛行器端28 V火工品母線筆錄儀監(jiān)測(cè)通電時(shí)長(zhǎng)比對(duì)，統(tǒng)計(jì)通電時(shí)長(zhǎng)的測(cè)量精度平均值，見(jiàn)表1所示。通過(guò)單次通電電壓實(shí)測(cè)值與飛行器端28 V火工品母線筆錄儀監(jiān)測(cè)通電電壓比對(duì)，統(tǒng)計(jì)通電電壓的測(cè)量精度平均值，如表1所示。

28路壓力傳感器和66路溫度傳感器以支持飛行器通路測(cè)試為主要目的，并未參與飛行器閉環(huán)控制，所以單次模飛測(cè)試中采用隨機(jī)產(chǎn)生工作量程范圍內(nèi)的隨機(jī)數(shù)且該次模飛測(cè)試過(guò)程中維持不變的方式進(jìn)行。故28路壓力傳感器共計(jì)產(chǎn)生可采集點(diǎn)數(shù)280個(gè)，66路溫度傳感器共計(jì)產(chǎn)生可采集點(diǎn)數(shù)660個(gè)，通過(guò)地面人為設(shè)置值與飛行器實(shí)際采集值比對(duì)，統(tǒng)計(jì)壓力值和溫度值的模擬精度平均值，如表1所示。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)果顯示電子負(fù)載模擬器功能及指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求。

9 結(jié)束語(yǔ)

電子負(fù)載模擬器實(shí)現(xiàn)了航天器電氣系統(tǒng)的壓力傳感器、電磁閥、自鎖閥、溫度傳感器、火工品等負(fù)載的信號(hào)特性模擬、相關(guān)信號(hào)采集以及負(fù)載集成，通過(guò)上位機(jī)測(cè)試軟件的簡(jiǎn)單操作可以非常便捷的參與航天器開(kāi)展各項(xiàng)大型試驗(yàn)和測(cè)試工作，顯著提高了航天器大型試驗(yàn)的效率，有效規(guī)避了人員頻繁操作帶來(lái)的出錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn)，保證了有動(dòng)作壽命限制的部件能夠長(zhǎng)期參與測(cè)試工作。