基于Labwindows/CVI某型飛機(jī)電源檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

范雪揚(yáng)，高玉章，宋偉健

（1.煙臺(tái)職業(yè)學(xué)院 山東 煙臺(tái) 264001；2.海軍航空工程學(xué)院 山東 煙臺(tái) 264001）

隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的先進(jìn)的機(jī)載設(shè)備得到廣泛的應(yīng)用，先進(jìn)的機(jī)載設(shè)備的使用對(duì)飛機(jī)電源系統(tǒng)造成了一定的影響?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)形式的多樣化，使軍事斗爭(zhēng)準(zhǔn)備變得日益頻繁，因此對(duì)飛機(jī)電源系統(tǒng)的及時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)變得尤為重要。在對(duì)某型飛機(jī)進(jìn)行維護(hù)的過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)供電系統(tǒng)性能是否符合要求進(jìn)行準(zhǔn)確檢測(cè)，設(shè)計(jì)一種針對(duì)該型飛機(jī)電源系統(tǒng)，對(duì)于飛行保障工作具有十分重要意義[1-2]。因此，為解決這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種基于Labwindows/CVI某型飛機(jī)電源檢測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)采用高可靠、高精度的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)該型飛機(jī)電源的準(zhǔn)確測(cè)試，滿足該型飛機(jī)電源測(cè)試的需要。

1 總體設(shè)計(jì)

該檢測(cè)系統(tǒng)用于該型飛機(jī)電源系統(tǒng)地面檢測(cè)時(shí)進(jìn)行相關(guān)電氣特性參數(shù)的測(cè)試，系統(tǒng)主要包括測(cè)試計(jì)算機(jī) （工控機(jī)）、信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和打印機(jī)等硬件部分和數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析軟件等相關(guān)軟件組成，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。系統(tǒng)共測(cè)試64路信號(hào)，將被測(cè)點(diǎn)采集到的信號(hào)（電壓和電流等）經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行調(diào)理，并經(jīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行采集，通過(guò)測(cè)試計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后得到相應(yīng)的測(cè)試參數(shù)，并給出相應(yīng)測(cè)試參數(shù)的變化曲線，也能產(chǎn)生相應(yīng)的波形和測(cè)試報(bào)表，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行打印。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 System structrue diagram

2 硬件設(shè)計(jì)

該檢測(cè)系統(tǒng)的硬件部分主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，主要由測(cè)試計(jì)算機(jī)（工控機(jī)）、高速數(shù)據(jù)采集卡、信號(hào)調(diào)理電路和打印機(jī)等設(shè)備組成。數(shù)據(jù)采集部分主要由信號(hào)調(diào)理電路和高速數(shù)據(jù)采集卡組成，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的調(diào)理與采集；檢測(cè)系統(tǒng)的硬件部分的核心是測(cè)控計(jì)算機(jī)，該測(cè)控計(jì)算機(jī)選用研華工控計(jì)算機(jī)，CPU為P4 2.8 G以上，內(nèi)存1 G，硬盤500 G以上，配備19寸液晶顯示器。信號(hào)調(diào)理電路主要用來(lái)克服測(cè)試信號(hào)中含有噪聲非標(biāo)準(zhǔn)的電壓/電流信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的匹配，并能進(jìn)行預(yù)濾波、抑制干擾噪聲。

3 軟件設(shè)計(jì)

為了便于維護(hù)和日后的擴(kuò)展應(yīng)用，在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用模塊化設(shè)計(jì)思想。該檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)[1]主要由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析與處理模塊和系統(tǒng)幫助模塊等組成，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。該系統(tǒng)能夠?qū)?、直流電源系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，具有自動(dòng)加卸負(fù)載的功能。系統(tǒng)的測(cè)試內(nèi)容主要包括直流系統(tǒng)和交流系統(tǒng)兩大部分組成，直流系統(tǒng)的測(cè)試內(nèi)容有穩(wěn)態(tài)電壓、脈動(dòng)電壓、直流畸變系數(shù)、浪涌、瞬態(tài)電流和穩(wěn)態(tài)電流等。交流系統(tǒng)的測(cè)試內(nèi)容有穩(wěn)態(tài)電壓、穩(wěn)態(tài)電流、最大值、三相電壓不平衡、相移、波峰系數(shù)、總諧波含量、偏離系數(shù)、電壓調(diào)制、畸變系數(shù)[3]、浪涌、平均頻率、頻率漂移、頻率調(diào)制和瞬態(tài)頻率等。

圖2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structrue diagram of system software

軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用LabWindows/CVI作為開發(fā)軟件。LabWindows/CVI是一個(gè)交互式的、基于標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言編程環(huán)境的自動(dòng)測(cè)試應(yīng)用軟件，能夠?qū)⒐δ軓?qiáng)大、使用靈活的C語(yǔ)言平臺(tái)和用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理的測(cè)控專業(yè)工具結(jié)合起來(lái)，為用戶提供交互開放式的用戶界面，LabWindows/CVI開發(fā)環(huán)境中包含大量的自動(dòng)代碼生成工具和加快開發(fā)進(jìn)程的有用工具，在保留C語(yǔ)言的強(qiáng)大功能和靈活性的同時(shí)，能夠方便的把函數(shù)語(yǔ)句嵌入C源代碼中，這使得程序設(shè)計(jì)的工作量大大降低，極大地提高了工作效率，縮短了開發(fā)周期[2]。

在本測(cè)試系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集模塊包括參數(shù)設(shè)置和負(fù)載配置子模塊組成，通過(guò)測(cè)試程序的控制面板對(duì)通道和負(fù)載進(jìn)行合理配置，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)信號(hào)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集；系統(tǒng)幫助模塊可以解答部分常見問(wèn)題和注意事項(xiàng)；數(shù)據(jù)分析與處理模塊是整個(gè)軟件重要組成部分，該部分有許多個(gè)子模塊組成，主要用來(lái)對(duì)采集到的保存的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析與處理。該模塊的主程序采用 LabWindows/CVI編程[4-5]，按照 GJB181-86標(biāo)準(zhǔn)和GJB181A標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，其中按照GJB181-86標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行測(cè)試的模塊包括交流穩(wěn)態(tài)參數(shù)測(cè)試、交流電壓調(diào)制測(cè)試、交流頻率調(diào)制測(cè)試、交流諧波分析[6]測(cè)試、交流頻率瞬變測(cè)試、直流電壓脈動(dòng)測(cè)試、直流電流測(cè)試、交流電壓浪涌測(cè)試、直流電壓浪涌測(cè)試等；按照GJB181A的標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行測(cè)試的模塊包括三相交流穩(wěn)態(tài)參數(shù)測(cè)試、交流直流分量測(cè)試、交流電壓瞬變測(cè)試、交流頻率瞬變測(cè)試、交流過(guò)頻與欠頻測(cè)試、交流過(guò)壓與欠壓測(cè)試、直流電壓穩(wěn)態(tài)參數(shù)測(cè)試、直流電壓瞬變測(cè)試、直流欠壓過(guò)壓測(cè)試等。數(shù)據(jù)分析與處理模塊在運(yùn)行該模塊時(shí)，通過(guò)點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)分析”按鈕，系統(tǒng)會(huì)彈出文件選擇對(duì)話框，用來(lái)選擇要分析的文件；然后調(diào)用軟件中的子模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析功能；分析完后，可以根據(jù)要求選擇生成報(bào)表并打印或關(guān)閉窗口。數(shù)據(jù)分析與處理程序的流程圖如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)分析模塊流程圖Fig.3 Flowchart of data analysis module

在數(shù)據(jù)分析與處理模塊中，由于數(shù)據(jù)采集過(guò)程中可能是采用多通道同時(shí)采集的方法，因此，用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，首先要對(duì)所分析的數(shù)據(jù)通道和采樣頻率進(jìn)行設(shè)置，然后再根據(jù)需要選擇相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，接著通過(guò)點(diǎn)擊想要進(jìn)行分析的子模塊就可以進(jìn)入相應(yīng)的測(cè)試程序，最后得到分析結(jié)果，其中包含數(shù)據(jù)結(jié)果和相應(yīng)的波形分析曲線。

4 應(yīng) 用

該檢測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)用于對(duì)某型飛機(jī)電源系統(tǒng)的地面維修檢測(cè)。在進(jìn)行瞬態(tài)特性實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速6 500 rpm，加載40 A負(fù)載，測(cè)得專用電源負(fù)載端電壓欠壓浪涌分析波形圖和相應(yīng)的頻譜分析圖如圖4所示，測(cè)得該調(diào)壓點(diǎn)的電壓最大值為25.23 V，電壓最小值為23.19 V。

圖4 專用電源負(fù)載端電壓欠壓分析圖Fig.4 Undervoltage analysis chart of special power

可以看出，專用電源負(fù)載端電壓欠壓浪涌波形顯示和頻譜分析均符合要求，并能夠按照國(guó)軍標(biāo)的要求自動(dòng)生成相關(guān)報(bào)表，測(cè)試結(jié)果的限制曲線為試驗(yàn)的對(duì)比分析提供了很大方便。

5 結(jié)束語(yǔ)

該檢測(cè)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)思想，具有較強(qiáng)的易維護(hù)性和可擴(kuò)展性。系統(tǒng)被應(yīng)用于某型飛機(jī)電源的檢測(cè)與維護(hù)，從實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，檢測(cè)系統(tǒng)具有運(yùn)行可靠穩(wěn)定、人機(jī)交互界面友好、測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，并且具有功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)了對(duì)飛機(jī)供電參數(shù)的準(zhǔn)確測(cè)試，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，能夠?yàn)樵撔惋w機(jī)電源的維護(hù)提供依據(jù)。

[1]張樹團(tuán)，張曉斌，雷濤，等.便攜式飛機(jī)供電參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2008，16（11）：1536-1538.

ZHANG Shu-tuan，ZHANG Xiao-bin，LEI Tao，et al.Design and implement of the portable parameters test system for aircraft power supply system[J].Computer Measurement&Control，2008，16（11）：1536-1538.

[2]汪洋，張涇周，胡鋼成.航空電源地面自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2006，27（16）：3051-3054.

WANG Yang，ZHANG Jing-zhou，HU Gang-cheng.Design and implementation ofairplane powersource ground automatic test system[J].Computer Engineering and Design，2006，27（16）：3051-3054.

[3]鄭先成，張曉斌，雷濤.飛機(jī)供電系統(tǒng)交流電壓畸變測(cè)試方法[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，38（10）：1750-1753.

ZHENG Xian-cheng，ZHANG Xiao-bin，LEI Tao.Measurement method for AC voltage distortion of aircraft power system[J].Journal of Harbin Institute of Technolog，2006，38 （10）：1750-1753.

[4]王建新，隋美麗.LabWindows/CVI虛擬儀器測(cè)試技術(shù)及工程應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[5]張毅剛，等.虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境LabWindows/CVI6.0編程指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[6]Zhang F，Geng Z，Yuan W.The algorithm of interpolating windowed FFT for harmonic analysis of electric power system[J].IEEE Trans.Power Del.，2001，16（2）：160-164.