張宇翔 馮銳莉

（航空工業(yè)陜西飛機(jī)工業(yè)有限責(zé)任公司 陜西漢中 723213）

飛機(jī)機(jī)載平臺集成越來越多的電氣設(shè)備，系統(tǒng)綜合集成程度大幅提高，系統(tǒng)間深度融合和交聯(lián)，這種系統(tǒng)高度集成架構(gòu)顯著增加了機(jī)上系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)和邏輯控制的復(fù)雜度，使得飛機(jī)系統(tǒng)試驗(yàn)復(fù)雜程度也隨之增加［1］。本文提出了一種基于飛機(jī)機(jī)載平臺供電網(wǎng)絡(luò)的分布式測試系統(tǒng)模型研究，以實(shí)現(xiàn)測試系統(tǒng)的可靠性及精度均滿足的研究，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與處理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制，為工程技術(shù)人員對飛機(jī)機(jī)載電源系統(tǒng)測試框架提供一種解決思路。

1 國外飛機(jī)電源綜合測試系統(tǒng)簡介

國外飛機(jī)設(shè)計制造公司在飛機(jī)（如F-35、B787、B777、A380、A-400M、A320/340、LCA、EMB-170/190、Dornier 728、M346）的設(shè)計研制中，對電氣測試系統(tǒng)的研究已經(jīng)從自身BIT 技術(shù)研制發(fā)展到了ATE 及ATS。各種測試系統(tǒng)的建立均是為評估飛機(jī)供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的功能及性能是否滿足飛機(jī)機(jī)載電源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計要求。

2 飛機(jī)電源綜合測試系統(tǒng)方案

2.1 飛機(jī)電源綜合測試系統(tǒng)主要測試內(nèi)容

主要針對整機(jī)的交流電源系統(tǒng)及直流電源系統(tǒng)的空載、帶載邏輯轉(zhuǎn)換及電特性測試，保證飛機(jī)整機(jī)電源系統(tǒng)的設(shè)計符合性，并增加各測試點(diǎn)位置，來分析電路壓降、浪涌對電網(wǎng)各部分的沖擊情況進(jìn)行測試。在帶載情況下，模擬負(fù)載工作對整機(jī)電源系統(tǒng)交、直流的影響進(jìn)行測試，并利用模擬負(fù)載對電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行故障注入模擬，以測試電網(wǎng)的自我保護(hù)及各分段保護(hù)特性。具體涵蓋的內(nèi)容如下。

2.1.1 交流穩(wěn)態(tài)參數(shù)

交流三相穩(wěn)態(tài)電壓、電流、頻率、功率、功率因數(shù)、相移、相不平衡；波形參數(shù)（單次諧波含量、總諧波含量、波峰系數(shù)、偏離系數(shù)、交流電壓畸變頻譜、畸變系數(shù)、直流分量）；交流電壓調(diào)制量、電壓調(diào)制頻率特性、頻率漂移、頻率漂移率、頻率調(diào)制。

2.1.2 交流瞬態(tài)參數(shù)

在自動加載、卸載過程中，測量交流電壓浪涌、瞬態(tài)電流、瞬態(tài)頻率；同步記錄過渡過程中的多個電壓電流通道波形。

2.1.3 直流穩(wěn)態(tài)參數(shù)

直流電壓、電流、直流脈動電壓、直流畸變系數(shù)、直流畸變頻譜。

2.1.4 直流瞬態(tài)參數(shù)

在自動加載、卸載過程中，測量直流電壓浪涌、瞬態(tài)電流；同步記錄過渡過程中的多個電壓電流波形。

2.2 電源綜合測試系統(tǒng)總體模型設(shè)計

電源網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng)模型由基本硬件及軟件平臺兩部分組成。硬件主要功能是測控系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、故障注入、顯示打印等功能，軟件功能主要是驅(qū)動、硬件控制。

2.3 電源綜合測試系統(tǒng)硬件模型設(shè)計

電源網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng)硬件設(shè)計模型主要包含基于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)管理計算機(jī)、終端網(wǎng)絡(luò)測試計算機(jī)、同步時序控制系統(tǒng)、兩臺PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、基于數(shù)據(jù)采集的信號調(diào)理和負(fù)載控制箱、基于數(shù)據(jù)交換的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、其他I/O接口及打印輸出功能等。

測試系統(tǒng)中，基于網(wǎng)絡(luò)的測試管理計算機(jī)，其功能主要是負(fù)責(zé)測試系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)管理及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸及測試原始數(shù)據(jù)的管理，為測試者全面了解電源綜合測試系統(tǒng)及管理和監(jiān)控。終端網(wǎng)絡(luò)測試計算機(jī)功能為飛機(jī)供電特性測試和基于GJB181A的負(fù)載特性測試。供電特性測試計算機(jī)功能為對飛機(jī)各交、直流發(fā)電機(jī)、調(diào)壓點(diǎn)電壓、交流和直流匯流條電特性和飛機(jī)其他機(jī)載測試系統(tǒng)的測試；基于GJB181A 的負(fù)載特性測試計算機(jī)完成對各種大功率機(jī)載用電設(shè)備、機(jī)電設(shè)備故障注入點(diǎn)的測試。測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集功能主要實(shí)現(xiàn)從被測試機(jī)載設(shè)備上獲取數(shù)據(jù)，可選用PXI 數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集，每塊板卡有若干路模擬量輸入通道，各類板卡通過PXI機(jī)箱的數(shù)據(jù)總線進(jìn)行同步采集及傳輸，同步卡采用兩塊PXI采集卡，實(shí)現(xiàn)多塊數(shù)據(jù)采集卡的若干個通道的同步，保證了采集的被測信號嚴(yán)格同步。

2.4 信號采集傳感器與信號調(diào)理功能

信號采集傳感器模塊包括電壓傳感器、電流傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器等，由傳感器將信號轉(zhuǎn)換后，經(jīng)隔離電路及信號調(diào)理模塊進(jìn)行整形、放大、濾波等調(diào)理后輸入數(shù)據(jù)采集卡［2］。測試系統(tǒng)所采集的信號類型包含了飛機(jī)電源網(wǎng)絡(luò)中電氣系統(tǒng)的各種電壓及電流信號。通過傳感器采集到的電壓模擬信號直接進(jìn)入調(diào)理箱進(jìn)行處理，經(jīng)過取樣電阻調(diào)壓后，輸出測試系統(tǒng)；通過傳感器采集的模擬電流信號先轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，再由取樣電阻調(diào)理后進(jìn)入測試系統(tǒng)。

2.4.1 信號調(diào)理電源

信號調(diào)理電源的設(shè)計非常重要，可先設(shè)計電壓通過EMI 濾波器濾波。EMI 濾波器主要是由共模濾波器、差模濾波器兩個部分組成，EMI濾波器主要特點(diǎn)是使信號調(diào)理電源的抗干擾能力增強(qiáng)，避免受到電網(wǎng)對電源的干擾。由于電網(wǎng)測試獲取的直流電的紋波干擾很大，對測量電路影響較大，可考慮在電路模塊中增加了一個防干擾功能的濾波模塊，衰減紋波干擾，使輸出紋波Vp-p達(dá)到10mV以下。

2.4.2 電壓信號調(diào)理電路

測試系統(tǒng)中包含多路115V/400Hz 交流電壓的測試通道，直流28V 有若干通道，根據(jù)飛機(jī)的供電類型?？深A(yù)留220V/50Hz 測試通道。交流115V/400Hz 和直流28V信號都通過采集信號電壓調(diào)理后由PXI數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集。預(yù)留的220V/50Hz隔離電壓采集與電壓傳感器可以兼顧使用，220V電壓信號先通過取樣電阻也將電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號，為防止弱電壓信號形成干擾，可由電壓傳感器進(jìn)行隔離、比例變換輸出電流信號，此采集方式可將信號通過取樣電阻將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。

2.4.3 電流信號調(diào)理電路

電流信號的測試選擇電流傳感器進(jìn)行完成。電流信號通過電流傳感器輸出的取樣電阻獲得，取樣電阻上采集的電壓信號經(jīng)過放大后送入PXI 數(shù)據(jù)采集卡，測試所選用的取樣電阻阻值和運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)可考慮實(shí)際設(shè)計使用要求及環(huán)境，并同時考慮所采用傳感器的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行決定。

2.5 測試系統(tǒng)軟件功能

整個測試系統(tǒng)的軟件基本分為兩個：一是運(yùn)行在試驗(yàn)數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)管理計算機(jī)上的試驗(yàn)管理軟件，二是測試所需要達(dá)到的功能軟件。功能軟件主要完成GJB181-1986測試、GJB181A-2003測試及本地波形監(jiān)控回放等基本功能。在GJB181-1986 和GJB181A-2003規(guī)定的測試參數(shù)可先記錄測試數(shù)據(jù)，其特性參數(shù)可單獨(dú)分析，也可實(shí)現(xiàn)多個特性參數(shù)同時進(jìn)行分析。本地波形監(jiān)控功能同步實(shí)時采集系統(tǒng)中多個通道的所需波形，來實(shí)現(xiàn)對測試數(shù)據(jù)的存儲、回放和測試報表生成和打印等功能，也可對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，形成電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的評價。

3 測試數(shù)據(jù)信息管理

測試數(shù)據(jù)信息管理也是測試環(huán)節(jié)中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，主要包括數(shù)據(jù)的存儲和訪問。試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理信息可為設(shè)計提供重要的飛機(jī)設(shè)計信息，以拓展飛機(jī)的各種性能。通過信息化手段的試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理，改善傳統(tǒng)的查詢方式，優(yōu)化數(shù)據(jù)處理流程和處理質(zhì)量。

4 測試系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究

4.1 時序控制技術(shù)

測試系統(tǒng)的時序控制是對所觸發(fā)、記錄、回放及系統(tǒng)時間的控制，其控制結(jié)果直接導(dǎo)致測試結(jié)果的準(zhǔn)確性及數(shù)據(jù)分析的正確性。測試系統(tǒng)的時間控制一般分為兩級。一級可借助具有GPS絕對時間的授時來達(dá)到測試系統(tǒng)各終端之間秒級甚至毫秒級的同步，以此來規(guī)劃統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)，便于區(qū)分系統(tǒng)各部分事件發(fā)生的時間；另一級是PXI機(jī)箱時鐘同步，記錄系統(tǒng)事件的先后順序，使測試系統(tǒng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時達(dá)到各相關(guān)采集通道之間相互同步，并保持一定時序的精準(zhǔn)性。

4.2 實(shí)時數(shù)據(jù)采集傳輸技術(shù)

一般測試系統(tǒng)硬件構(gòu)架中的不同測試設(shè)備或不同測試系統(tǒng)通過實(shí)時網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，一般可采用依靠光纖線纜完成，光纖具有很好的數(shù)據(jù)實(shí)時性、傳輸準(zhǔn)確性、數(shù)據(jù)量交換便捷等特點(diǎn)，可保證數(shù)據(jù)具有良好的實(shí)時通信功能。

5 飛機(jī)電源綜合測試系統(tǒng)模型故障注入的技術(shù)研究

5.1 電源綜合測試系統(tǒng)模型物理的故障注入方法

飛機(jī)約32%電源系統(tǒng)故障是由物理性集成故障導(dǎo)致的［3］，測試系統(tǒng)對故障注入當(dāng)方式一般是基于物理特性的。故障注入的實(shí)現(xiàn)方式非常多，一般可由硬件實(shí)現(xiàn)、軟件實(shí)現(xiàn)。對環(huán)境的電性能干擾可結(jié)合物理干擾、電源干擾、電磁干擾等，也可設(shè)計為一種可在硬件設(shè)備的輔助之下，模擬故障注入于所預(yù)設(shè)的測試系統(tǒng)的硬件中。

5.2 電源綜合測試系統(tǒng)模型物理的故障注入工具

一般來講，基于物理特性的故障注入工具的設(shè)計可包含具有故障預(yù)設(shè)功能的試驗(yàn)系統(tǒng)控制器、測試系統(tǒng)軟件及硬件運(yùn)行監(jiān)測的行為監(jiān)視器、故障注入觸發(fā)、數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析、故障對照分析等部分。具有故障預(yù)設(shè)功能的試驗(yàn)系統(tǒng)控制器是用于對整個故障注入試驗(yàn)進(jìn)行控制的軟件，在預(yù)設(shè)的軟件終端系統(tǒng)上置入。故障注入主要將需要運(yùn)行目標(biāo)系統(tǒng)中注入預(yù)設(shè)故障類型的功能。測試系統(tǒng)軟件及硬件的行為監(jiān)視器輔助對執(zhí)行模塊的跟蹤，并在預(yù)設(shè)的故障數(shù)據(jù)收集觸發(fā)點(diǎn)對數(shù)據(jù)收集器的啟動執(zhí)行。

5.3 電源綜合測試系統(tǒng)模型的故障注入實(shí)施內(nèi)容

模擬供電系統(tǒng)可能發(fā)生的各種典型故障，驗(yàn)證供電系統(tǒng)的保護(hù)功能是否完善和符合設(shè)計要求，即電源系統(tǒng)保護(hù)功能是否完善、電源與電網(wǎng)保護(hù)功能的匹配性、保護(hù)裝置與導(dǎo)線的匹配性、保護(hù)裝置設(shè)置的合理性及保護(hù)邏輯關(guān)系的正確性。

5.4 電源綜合測試系統(tǒng)故障注入及查詢研究的發(fā)展趨勢

考慮到飛機(jī)電源系統(tǒng)在研制生產(chǎn)和運(yùn)行使用階段會產(chǎn)生包括設(shè)計生產(chǎn)數(shù)據(jù)、運(yùn)行使用數(shù)據(jù)、維修保障數(shù)據(jù)等大量非結(jié)構(gòu)化文本數(shù)據(jù)，利用知識圖譜技術(shù)，可以從上述非結(jié)構(gòu)化文本中提取知識，實(shí)現(xiàn)非結(jié)構(gòu)化知識的統(tǒng)一規(guī)范化表達(dá)，進(jìn)而支持電源系統(tǒng)的故障診斷，提高基于知識的故障診斷的自主化程度、可解釋性和診斷精度［4］。

在現(xiàn)階段對故障注入的不同研究方法，借助于預(yù)設(shè)故障的構(gòu)造、時機(jī)、注入、獲取的研究中，必須是軟硬件實(shí)現(xiàn)方法相結(jié)合、軟件與模擬共同來實(shí)現(xiàn)故障的注入研究?？紤]到用戶在不能給出明確的查詢意圖時，搜索系統(tǒng)難以精準(zhǔn)捕獲用戶的興趣的問題，提出了人機(jī)混合的知識圖譜主動搜索［5］。

通過查詢相關(guān)文獻(xiàn)，常用的故障檢測技術(shù)主要有4種，即機(jī)上自檢BIT技術(shù)、地面定期檢測、模擬在線監(jiān)測及智能診斷［6］。對測試系統(tǒng)中搭配的軟件及硬件來實(shí)現(xiàn)故障注入，應(yīng)充分考慮整個系統(tǒng)速度匹配性、時間分辨率的控制、觸發(fā)注入條件的選擇、注入效果分析及跟蹤處理。目前的研究中，對故障的注入方法的應(yīng)用及結(jié)果可對測試系統(tǒng)的系統(tǒng)可靠性和健壯性方面的評估可發(fā)揮拓展性作用。

6 結(jié)語

飛機(jī)電源網(wǎng)絡(luò)中電氣測試系統(tǒng)模型研究，對評估飛機(jī)供電系統(tǒng)的設(shè)計符合性具有重要的意義。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)的信息管理，實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時判斷和監(jiān)控。特別是通過硬件、軟件結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)對故障注入的研究，也將為評價飛機(jī)整機(jī)的設(shè)計全生命周期的可靠性提供一種思路。