基于fpga的飛機電源參數(shù)測試設(shè)備設(shè)計

1、基于fpga的飛機電源參數(shù)測試設(shè)備設(shè)計【摘要】根據(jù)某型飛機電源系統(tǒng)飛行試驗需要，提出了一種基于fpga的飛機電源 參數(shù)測試設(shè)備，用于采集測試飛機電源參數(shù)。傳感器采集電源參數(shù)，通過光纖傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采 集卡，經(jīng)過fpga數(shù)據(jù)處理后傳送到上位機，供用戶進行數(shù)據(jù)分析和監(jiān)控。該設(shè)備的測試 準確度符合gjb51 89-2003的規(guī)定。當前，飛機上電力電子設(shè)備h益多樣化、復(fù)雜化，飛機電源系統(tǒng)的品質(zhì)直接影響 飛行安全。因此在進行飛行吋，需耍對飛機提供的直流電源、交流電源進行工作特性測量, 并給出其參數(shù)的基本特性和動態(tài)特性。對于電源瞬態(tài)特性參數(shù)，目前沒有相應(yīng)的測量設(shè)備，從而需研制專用的瞬態(tài)電源 動態(tài)特性參數(shù)測聚設(shè)

2、備對其進行測試，以滿足民機適航性試飛要求。本設(shè)備是一種專用測試設(shè)備，主要用于飛機交、直流電網(wǎng)參數(shù)采集測試，捕獲飛 機電源系統(tǒng)的負荷突變、電壓突變，然后提供給地面數(shù)據(jù)卸載及預(yù)處理系統(tǒng)，以評估被測飛 機電網(wǎng)絡(luò)供電特性是否滿足相關(guān)國軍標或設(shè)計規(guī)范的要求。一、飛機電源特性參數(shù)0機電源系統(tǒng)是e機上電能產(chǎn)生、調(diào)節(jié)、控制和電能變換部分的總稱。e機電源 系統(tǒng)由交流電源系統(tǒng)和直流電源系統(tǒng)組成，交流電源系統(tǒng)向機上交流電網(wǎng)提供1 15/200v,400hz三相交流電。肓流電源系統(tǒng)向機上肓流網(wǎng)路提供27v低壓肓流電。根據(jù)飛行科目要求，設(shè)備需測量飛機交流電源系統(tǒng)、直流電源系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)和 瞬態(tài)參數(shù)，包括穩(wěn)態(tài)交流電壓、瞬

3、態(tài)交流電壓、穩(wěn)態(tài)交流電流、瞬態(tài)交流電流、穩(wěn)態(tài)頻率、 瞬態(tài)頻率、電壓相位差、畸變頻譜幅值、宜流畸變等46種參數(shù)。電源參數(shù)的測試準確度遵照gjb51 89-2003的規(guī)定:穩(wěn)態(tài)交、直流電壓測量在電 壓為額定值吋相對誤差在0.2%范圍內(nèi)，瞬態(tài)交、直流電壓測屋在電壓為最大極限吋相對誤 差在0.5%范圍內(nèi)，交、直流電流測量在電流為額定值時相対誤差在0.8%范圍內(nèi)。二、總體設(shè)計飛機電源瞬態(tài)特性參數(shù)測試設(shè)備主要由嵌入式cpcie/cpci計算機、4塊12通 道數(shù)據(jù)采集卡、irig-b時碼卡、arinc429總線板卡、以及前端電壓、電流測量傳感 器組成一個集成化、標準化的飛行電源動態(tài)特性參數(shù)測量設(shè)備。該設(shè)備面

4、向試飛工程師、數(shù)據(jù)處理工程師以及其它相關(guān)人員，為他們提供電源動 態(tài)特性參數(shù)測試數(shù)據(jù)。2.1總體結(jié)構(gòu)電源瞬態(tài)特性參數(shù)測試設(shè)備包括傳感器、信號調(diào)理設(shè)備、信號采集記錄器、編程 加載裝置等。其中信號釆集記錄器由釆集機箱、控制器板卡、arinc429總線板卡、吋碼 板卡、高速數(shù)據(jù)采集板卡、可拆卸固態(tài)記錄器、顯示器及鍵盤等組成，如圖1所示：irig-b 時t信號采集記錄碼信號1/設(shè)備 ptp_n 5pcm輸出（町選）圖1電源瞬態(tài)特性參數(shù)測試設(shè)備結(jié)構(gòu)圖本設(shè)備的輸入信號包括：電壓、電流信號，irigb時碼信號和429總線信號。 具屮，機載電源的電壓、電流信號，通過傳感器、信號調(diào)理設(shè)備將實際的電壓電流信號轉(zhuǎn)成

5、適合板卡的電壓信號。整套設(shè)備與機載電源隔離，不會對飛機干擾飛機正常工作。2.2硬件組成傳感器主要用于交直流電流的變換，本測試設(shè)備的被測試信號包括電壓信號和電 流信號，電壓信號直接分壓后進入測試設(shè)備，以增加系統(tǒng)的帶寬，改善系統(tǒng)的動態(tài)性能；電 流信號由電流傳感器變換后進入測試設(shè)備。為了提高抗干擾性能和動態(tài)性能，選用霍爾電流傳感器，將交肓流電流轉(zhuǎn)換成 200ma以下的交直流小電流輸入到信號調(diào)理設(shè)備。信號調(diào)理設(shè)備完成信號的調(diào)理，主耍包括電壓信號的衰減、電流電壓信號的轉(zhuǎn)換、 交、直流電壓畸變信號和交流電壓直流分量的調(diào)理等功能。調(diào)理后的模擬信號送入數(shù)據(jù)采集 設(shè)備進行采樣。采集器為3ucpcie機載計算機，

6、主要包括cpu卡、電源數(shù)據(jù)采集卡、irig-b 時碼卡、429總線卡、以及sata擴展口，其組成如圖2所示：圖2采集器組成結(jié)構(gòu)圖。基于fpga的飛機電源參數(shù)測試設(shè)備設(shè)計時間：2012-10-22 11:28:35 來源:作者：本采集設(shè)備主耍用于捕獲飛機電源系統(tǒng)的負荷突變、電壓突變，屬于偶發(fā)現(xiàn)彖， 電源突變頻譜成分高，需要非常高的采樣率。cpci電源數(shù)據(jù)釆集卡是本設(shè)備的核心關(guān)鍵部分。選用16位高精度數(shù)據(jù)采集卡, 板卡有12個同步采樣通道，每個通道有獨立8檔程控增益放大器、抗混迭濾波器、過零 比較器、16位a/d轉(zhuǎn)換器和12通道共享的內(nèi)置192核dsp的fpga芯片組成。有 效提高了帶寬，滿足板上

7、所有通道同步采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。主要功能框圖如圖3所示:,fci-e圖3 cpci電源數(shù)據(jù)采集卡功能框圖。信號經(jīng)過濾波放大之后，通過a/d采集；采集結(jié)果進入fpga,fpga完成大部 分的數(shù)據(jù)處理，將半成品數(shù)據(jù)的結(jié)果通過高速接口 pcie總線上傳給上位機，上位機完成 最示的數(shù)據(jù)處理。fpga的主要功能包括：光纖通道（fc）數(shù)據(jù)接收、時統(tǒng)功能、背板asb 總線提供100mhz的時間標記、數(shù)據(jù)分析處理（過零點發(fā)現(xiàn)、數(shù)字濾波、數(shù)字信號處理）、 pci-e接口控制。系統(tǒng)采用irig-b時碼同步機制，通過以太網(wǎng)或pcm數(shù)據(jù)將電源數(shù)據(jù)、界常事 件信息發(fā)送到測試以太網(wǎng)上供地而數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)使用。3.傳感器

8、設(shè)計交流、直流電壓測量傳感器設(shè)計成統(tǒng)-通用的傳感器。傳感器輸入采樣兩個4芯航空插頭，每個航空插頭可接一組三相交流電壓或三路 直流電壓。傳感器采用28v直流供電。傳感器信號輸岀采用光纖與采集器連接。光纖為2.5g高速光纖2根。1根用于 采集器向傳感器發(fā)送同步信號，另一根用于傳感器向采集器發(fā)送數(shù)據(jù)。傳感器通過3個按 鈕開關(guān)進行設(shè)置，開關(guān)帶鎖住功能，防止誤動作。傳感器的設(shè)置狀態(tài)隨測試數(shù)據(jù)一起發(fā)送給 采集器，連接圖如圖4所示：左(i中線輸入 航插輸入米集器高蟲輸、測4, 5, 6通道, 中線輸入 航插輸入±265v± 132v± 53v± 22() 53() v0265v0 - i06v0 - 5.3 v4仆仆h二估波±5v ±2.5v ±1v ±0.5v (h10v 05v 0 - 2 v tv電流卡甲士l28v供電 接 口修改光纖接口校準甲rs232摂口1,2, 3通道,圖4傳感器與采集器連接圖。三、結(jié)束語飛機電源瞬態(tài)特性參數(shù)測試設(shè)備是對飛機供電系統(tǒng)性能參數(shù)測試的主要手段，是 保證飛機電氣系統(tǒng)正常運行的重要