基于數(shù)據(jù)存儲的電機及驅(qū)動器健康管理系統(tǒng)設(shè)計

劉政華 常培平

摘 要：近年來隨著航空機載設(shè)備技術(shù)的不斷發(fā)展，健康管理的設(shè)計理念被提出，并逐步深入到產(chǎn)品的設(shè)計中。本文以航空某重點型號配套電機及驅(qū)動器健康管理系統(tǒng)為研究背景，通過開展通用化的接口電路設(shè)計，以及基于TMS320F2812為核心處理器的軟件開發(fā)環(huán)境，完成健康管理系統(tǒng)的軟件開發(fā)，覆蓋數(shù)據(jù)的存儲類型及存儲方式，實現(xiàn)故障前后數(shù)據(jù)以及關(guān)鍵運行參數(shù)的有效記錄，極大的提高系統(tǒng)的維修性。

關(guān)鍵詞：電機及驅(qū)動器;數(shù)據(jù)存儲;健康管理

0 引言

隨著航空機載設(shè)備技術(shù)的不斷發(fā)展，設(shè)備的復(fù)雜程度不斷提高、設(shè)備維修保障費用不斷增長以及狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)的不斷進(jìn)步，對設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的健康診斷與健康管理，準(zhǔn)確評估和預(yù)測設(shè)備未來一段時間的性能狀態(tài)已經(jīng)成為當(dāng)今學(xué)者們研究的熱門問題[1～3]。

本文設(shè)計了一種基于TMS320F2812為核心處理器及存儲接口電路，完成了軟件代碼開發(fā)及驗證?？梢詫崿F(xiàn)系統(tǒng)全壽命周期的信息、故障等參數(shù)的記錄，提高了系統(tǒng)的維修性，滿足實際工程中的應(yīng)用需求。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

系統(tǒng)總體組成如圖1所示，主要包括DSP2812數(shù)據(jù)處理器，以及E2PROM、SRAM、FLASH外設(shè)存儲器。DSP2812實時采集電機運行的參數(shù)，并將數(shù)據(jù)寫入到SRAM中，當(dāng)故障發(fā)生時，記錄故障發(fā)生后相同參數(shù)的多組數(shù)據(jù)，也存放到RAM中。隨后將SRAM中的故障前后的多組數(shù)據(jù)寫入到FLASH中，再通過相應(yīng)的指令進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，從而實現(xiàn)了故障前后數(shù)據(jù)的記錄。

考慮到掉電等異常工況，寫入FLASH的數(shù)據(jù)地址長度通過E2PROM進(jìn)行記錄，避免掉電時，F(xiàn)LASH內(nèi)數(shù)據(jù)的地址出現(xiàn)混亂。根據(jù)電機故障發(fā)生前后的各項變量的多組數(shù)據(jù)，對故障原因進(jìn)行分析，從而更加精確地分析得到故障問題，使故障得到合理的解決。

2 硬件及接口電路設(shè)計

2.1 E2PROM的接口電路設(shè)計

E2PROM選用JM71180，JM71180是符合國軍標(biāo)的串行接口的8位存儲器，該電路的存儲單元結(jié)構(gòu)是EEPROM，存儲容量為512K bits，該器件可用于高速低功耗和低電壓的使用環(huán)境。DSP2812采用SPI數(shù)據(jù)總線的方式實現(xiàn)對E2PROM的數(shù)據(jù)讀寫，實現(xiàn)原理如圖2所示。

2.2 SRAM的接口電路設(shè)計

SM7C028是一款高性能CMOS雙端口靜態(tài)RAM，容量為64Kx16bit，有16根地址線、16根數(shù)據(jù)線。通過一個芯片使能端（CE）和一個輸出使能端（OE）以及三態(tài)IO驅(qū)動器可以很容易對存儲器進(jìn)行擴展。當(dāng)芯片沒有選中時（即CE=1），芯片自動進(jìn)入低功耗狀態(tài)，大大降低芯片功耗。

2.3 FLASH的接口電路設(shè)計

SM29LV320 是一款32Mbit FLASH 存儲器，支持32 兆位的地址空間讀寫，具有廠商ID 和器件ID，有數(shù)據(jù)查詢位，與AM29LV320D 管腳兼容。它的存儲形式為2097152個字或者4194304個字節(jié)。字模式時，數(shù)據(jù)端口為DQ0-DQ15;字節(jié)模式時，數(shù)據(jù)端口為DQ0-DQ7。

3 軟件設(shè)計

驅(qū)動器采用TI的DSP芯片TMS320F2812為核心處理器，完成健康管理系統(tǒng)的軟件開發(fā)。編程語言采用C語言程序，編碼量小、易讀性強。為提高程序的運行執(zhí)行速度，軟件采用模塊化程序結(jié)構(gòu)，方便功能的進(jìn)一步擴展。

3.1 基礎(chǔ)配置信息數(shù)據(jù)存儲

驅(qū)動器的基礎(chǔ)配置信息包含產(chǎn)品的型號、編號、出廠日期、廠家、軟硬件版本、健康管理狀態(tài)、工作時間、以及工作次數(shù)等基本信息，這些信息存儲在E2PROM中，通過SPI接口進(jìn)行讀寫。

3.2 FLASH擦除

FLASH采用整片擦除方式，DSP通過FLASH的存儲地址長度決定是否進(jìn)行擦除，F(xiàn)ALSH的擦除流程如圖5所示。

3.3 故障數(shù)據(jù)存儲

電機及驅(qū)動器的故障數(shù)據(jù)定義如表1所示，為電機運行過程中的關(guān)鍵參數(shù)及故障狀態(tài)信息等。在SRAM中開辟兩段緩存區(qū)域，如圖6所示，一段為故障前數(shù)據(jù)存儲空間，另一段為故障后數(shù)據(jù)存儲空間。

當(dāng)檢測到故障出現(xiàn)時，首先從SRAM讀取對應(yīng)地址中的數(shù)據(jù)，再將讀出的數(shù)據(jù)寫入Flash，數(shù)據(jù)寫入Flash執(zhí)行流程如圖7所示。

4? 結(jié)論

本文以電機及驅(qū)動器系統(tǒng)健康管理系統(tǒng)為研究對象，設(shè)計了一種基于TMS320F2812為核心處理器及存儲接口電路，并完成了軟件代碼開發(fā)及驗證。該方法考慮了掉電等異常工況的處理措施，可以實現(xiàn)系統(tǒng)的全壽命周期的信息、故障等數(shù)據(jù)的記錄，提高了系統(tǒng)的維修性，滿足實際工程中的應(yīng)用需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]張盼盼.基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的電源車柴油發(fā)電機健康管理方法研究[D].蘭州理工大學(xué)，2019.

[2]胡昌華，施權(quán)，司小勝等. 數(shù)據(jù)驅(qū)動的壽命預(yù)測和健康管理技術(shù)研究進(jìn)展[J].信息與控制， 2017， 46（1）：72-82.

[3]鞠建波， 胡勝林， 單志超，等. 大數(shù)據(jù)驅(qū)動的裝備健康管理研究[J]. 兵器裝備工程學(xué)報， 2017（6）：73-75