基于FPGA的飛機電源參數探測設備設計

【摘要】依據某型飛機電源系統飛行實驗要，提出了一種基于FpGA的飛機電源參數探測設備，用于采集探測飛機電源參數。傳感器采集電源參數，通過光纖傳輸到數據采集卡，經過FpGA數據解決后傳送到上位機，供用戶進行數據分解和監控。該設備的探測準確度符合GJB5189-2003的規定。

當前，飛機上電力電子設備日益多樣化、復雜化，飛機電源系統的品質筆直影響飛行安全。因此在進行飛行時，要對飛機供應的直流電源、交流電源進行工作特性測量，并給出其參數的基本特性和動態特性。

關于電源瞬態特性參數，目前沒有相應的測量設備，從而需研制專用的瞬態電源動態特性參數測量設備對其進行探測，以滿足民機適航性試飛要求。

本設備是一種專用探測設備，緊要用于飛機交、直流電網參數采集探測，捕獲飛機電源系統的負荷突變、電壓突變，然后供應給地面數據卸載及預解決系統，以評估被測飛機電網絡供電特性是不是滿足相關國軍標或設計規范的要求。

一、飛機電源特性參數

飛機電源系統是飛機上電能出現、調節、控制和電能變換部分的總稱。飛機電源系統由交流電源系統和直流電源系統組成，交流電源系統向機上交流電網供應115/200V,400Hz三相交流電。直流電源系統向機上直流網路供應27V低壓直流電。

依據飛行科目要求，設備需測量飛機交流電源系統、直流電源系統的穩態參數和瞬態參數，包括穩態交流電壓、瞬態交流電壓、穩態交流電流、瞬態交流電流、穩態頻率、瞬態頻率、電壓相位差、畸變頻譜幅值、直流畸變等46種參數。

電源參數的探測準確度遵照GJB5189-2003的規定:穩態交、直流電壓測量在電壓為額定值時相對誤差在0.2%范圍內，瞬態交、直流電壓測量在電壓為最大極限時相對誤差在0.5%范圍內，交、直流電流測量在電流為額定值時相對誤差在0.8%范圍內。

二、總體設計

飛機電源瞬態特性參數探測設備緊要由嵌入式CpCIE/CpCI計算機、4塊12通道數據采集卡、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特性參數測量設備。

該設備面向試飛工程師、數據解決工程師以及其它相關人員，為他們供應電源動態特性參數探測數據。

2.1總體結構

電源瞬態特性參數探測設備包括傳感器、信號調理設備、信號采集記錄器、編程加載裝置等。其中信號采集記錄器由采集機箱、控制器板卡、ARINC429總線板卡、時碼板卡、高速數據采集板卡、可拆卸固態記錄器、顯示器及鍵盤等組成，如圖1所示：

圖1電源瞬態特性參數探測設備結構圖

本設備的輸入信號包括：電壓、電流信號，IRIG-B時碼信號和429總線信號。其中，機載電源的電壓、電流信號，通過傳感器、信號調理設備將實際的電壓電流信號轉成適合板卡的電壓信號。整套設備與機載電源隔離，不會對飛機干擾飛機正常工作。

2.2硬件組成

傳感器緊要用于交直流電流的變換，本探測設備的被探測信號包括電壓信號和電流信號，電壓信號筆直分壓后進入探測設備，以新增系統的帶寬，改善系統的動態性能；電流信號由電流傳感器變換后進入探測設備。

為了提高抗干擾性能和動態性能，選用霍爾電流傳感器，將交直流電流轉換成200mA以下的交直流小電流輸入到信號調理設備。

信號調理設備完成信號的調理，緊要包括電壓信號的衰減、電流-電壓信號的轉換、交、直流電壓畸變信號和交流電壓直流分量的調理等功能。調理后的模擬信號送入數據采集設備進行采樣。

采集器為3UCpCIE機載計算機，緊要包括CpU卡、電源數據采集卡、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采集器組成結構圖。

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