CN105549577A - 一种飞机交流发电机控制器自动检测系统与检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞机交流发电机控制器自动检测系统与检测方法，检测系统包括：GCU、第一程控电源、第二程控电源、电阻网络、测控计算机、发电机接触器、信号调理板、数据采集卡、数字输出卡以及28V直流电源；第一程控电源模拟永磁机，连接GCU的输入端；第二程控电源模拟主发电机，电阻网络模拟电流互感器副边，第二程控电源连接GCU的输入端，同时亦通过电阻网络连接GCU的输入端；第一程控电源和第二程控电源皆连接至测控计算机；发电机接触器连接至GCU的输出端，同时与信号调理板连接，信号调理板直接连接GCU的输出端；第一程控电源和第二程控电源皆连接信号调理板；信号调理板通过数据采集卡连接测控计算机。本发明具有高效率、高精度的优点。

Description

一种飞机交流发电机控制器自动检测系统与检测方法

技术领域

本发明涉及一种交流发电机控制器的故障检测装置及检测方法，尤其涉及一种可于地面上实现故障定位的、适用于飞机交流发电机控制器的高效自动检测系统。

背景技术

飞机的发电机控制器(GeneratorControlUnit，简称GCU)是交流发电机的控制保护装置，是实现电源正常供电、保证电源提供高品质电能的重要环节，用来保证发电机正常可靠工作。鉴于发电机控制器在飞机上如此重要的作用，必须定期对其进行检测维护，做到故障的及时发现和及时处理，才能保证发电机控制器的正常工作，进而保证飞机上用电设备对发电机的供电要求。

在发电机控制器检测的长期实践中，老设备逐渐暴露了传统仪器的缺点：检测设备笨重、工作效率低、检测效率低等。由此，本领域亟需一种利用计算机系统的强大功能，结合相应的硬件，基于LabVIEW的飞机交流发电机控制器自动检测系统。

发明内容

针对现有技术中结构上的不足，本发明提供一种飞机交流发电机控制器自动检测系统，代替人来完成大量的工作，无需再手动调节各种电压源、信号源、配置各种接口以及记录繁杂数据，有着高效率、高精度的优点。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种飞机交流发电机控制器自动检测系统，其包括：发电机控制器、第一程控电源、第二程控电源、电阻网络、测控计算机、发电机接触器、信号调理板、数据采集卡、数字输出卡以及28V直流电源；其中，所述第一程控电源为40V、800Hz，模拟永磁机，直接连接所述发电机控制器的输入端；所述第二程控电源为115V、400Hz，模拟主发电机，所述电阻网络模拟电流互感器副边，所述第二程控电源直接连接所述发电机控制器的输入端，同时亦通过所述电阻网络连接至所述发电机控制器的输入端；所述第一程控电源和所述第二程控电源皆连接至所述测控计算机；所述发电机接触器连接至所述发电机控制器的输出端，同时亦与所述信号调理板相连接，而所述信号调理板亦直接连接至所述发电机控制器的输出端以接收开关量；所述第一程控电源和所述第二程控电源皆连接至所述信号调理板；所述信号调理板通过所述数据采集卡将数据发送给所述测控计算机。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

优选地，所述测控计算机通过所述数字输出卡将开关量发送给所述发电机控制器。

优选地，所述28V直流电源直接连接所述发电机控制器以提供电力。

本发明还提供一种飞机交流发电机控制器自动检测方法，其使用上述的飞机交流发电机控制器自动检测系统。

优选地，对发电机控制器进行故障检测，首先模拟飞机的供电系统在运行过程中的正常运行信号和故障信号，然后将所述正常运行信号和所述故障信号按照所述发电机控制器的输入口信号标准输入所述发电机控制器，进而对所述发电机控制器的输出口信号进行检测。

所述故障信号包括：过/欠压、过/欠频、差动电流保护、过流、不平衡的相电流、相序模拟信号和电压调节器失效、短路的旋转二极管、欠速数字信号；其中，所述过/欠压信号由信号源输出不同范围的电压来模拟，所述过/欠频信号通过改变信号源输出的频率来模拟。

优选地，所述检测时电流模拟技术采用缩小还原技术，将电流信号按比例缩小，再由软件还原显示，其中，数据的转换完全由软件完成。

优选地，通过所述数据采集卡采集所述第一程控电源和所述第二程控电源的输出，把对所述第一程控电源和所述第二程控电源的开环调节变成闭环调节，并自动生成检测报告，以控制并校正所述第一程控电源和所述第二程控电源。

优选地，采用数字滤波与线性拟合相结合的过零点检测法，用[y_i,t_i]来表示采样点，设过零点附近的线性曲线为：

f(t)＝at+b

采用12点进行线性拟合，根据最小二乘法得到下面的公式：

$\left\{\begin{array}{c}a\underset{i=0}{\overset{11}{\Σ}}{t_i}^2+b\underset{i=0}{\overset{11}{\Σ}}{t}_i=\underset{i=0}{\overset{11}{\Σ}}{y}_i{t}_i,\\ a\underset{i=0}{\overset{11}{\Σ}}{t}_i+11b=\underset{i=0}{\overset{11}{\Σ}}{y}_i.\end{array}\right.$

确定出线性曲线f(t)＝at+b的两个参数a和b的数值，进而确定出正弦信号的实际过零点位置。

本发明的有益效果是：自动检测系统的检测设备采用计算机控制，对检测结果进行自动判断；检测过程可以人工干预或自动运行，提高了检测的可信度，减少人工检测的失误带来的影响。

附图说明

图1为本发明的飞机交流发电机控制器自动检测系统的结构示意图；

在图1中，各标号所表示的部件名称列表如下：

1发电机控制器

21第一程控电源

22第二程控电源

3电阻网络

4测控计算机

5发电机接触器

6信号调理板

7数据采集卡

8数字输出卡

928V直流电源

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明的飞机交流发电机控制器自动检测系统首先模拟发电系统在运行过程中所有可能出现的正常运行信号以及故障信号，然后再将这些信号按照调压器的输入口信号标准输入，进而对输出口信号进行检测。

请参照图1所示，其为本发明的飞机交流发电机控制器自动检测系统的结构示意图。所述检测系统包括：发电机控制器1、第一程控电源21、第二程控电源22、电阻网络3、测控计算机4、发电机接触器5、信号调理板6、数据采集卡7、数字输出卡8以及28V直流电源9；其中，

所述第一程控电源21设为40V、800Hz，模拟永磁机，直接连接所述发电机控制器1的输入端；所述第二程控电源22设为115V、400Hz，模拟主发电机，所述电阻网络3模拟电流互感器副边，所述第二程控电源22直接连接所述发电机控制器1的输入端，同时亦通过所述电阻网络3连接至所述发电机控制器1的输入端；所述第一程控电源21和所述第二程控电源22皆连接至所述测控计算机4；

所述发电机接触器5连接至所述发电机控制器1的输出端，同时亦与所述信号调理板6相连接，而所述信号调理板6亦直接连接至所述发电机控制器1的输出端以接收开关量；所述第一程控电源21和所述第二程控电源22皆连接至所述信号调理板6；所述信号调理板6通过所述数据采集卡7将数据发送给所述测控计算机4；

此外，所述测控计算机4通过所述数字输出卡8将开关量发送给所述发电机控制器1；所述28V直流电源9直接连接所述发电机控制器1以提供电力。

由此，本发明的飞机交流发电机控制器自动检测系统摒弃了传统的检测设备设计方法，采用了虚拟仪器技术。它将仪器的三大功能块放到计算机上来实现，在计算机总线上插PCI数据采集卡，利用软件在屏幕上生成检测仪器面板，用软件来进行信号的分析与处理，以图表等形式输出检测结果。本检测系统具有如下优点：

(1)具有良好的便携性

相比传统的发电机控制器检测的物理平台(具有大功率的电源系统拖动试验台和阻感性负载箱)，本系统具有更好的便携性。

(2)可检测调压器的动态性能

有调压器时的正常电压瞬态变化时间在0.1秒左右，使用传统的检测平台无法对发电机电压动态变化进行描述。本系统采用高速数据采集卡，能实时采集电压瞬态变化的数据，以此评价调压器的动态性能，并以图表的形式显示。

(3)具有较高的性价比

采用基于虚拟仪器技术的飞机发电机电压调节器动态性能检测方案，突破了控制器调压性能检测在硬件条件、检测成本等方面的限制，拓宽了飞机调压器性能检测方法的深度及广度，具有较大的经济价值。

(4)系统为自动/手动控制方式

当采用自动方式时，无需人工干预，大大节省了人力和有效提高了检测效率。

本发明的飞机交流发电机控制器自动检测系统是用来对交流发电机控制器进行地面检测的自动检测系统。应用发电机控制器自动检测系统，对发电机控制器进行质量和功能的全面检测，可以满足航空维修的需要。它用于全面检测发电机控制器各项功能、检测故障类型并指导工程师进行维护修理，以保障生命安全和保证飞行可靠性。

本发明的飞机交流发电机控制器自动检测系统具备很好的可扩展性。只要增加不同的接口模块，配置相关的软件，就可以实现对不同的电子产品的检测。这些产品主要是电气系统中的电子控制类产品。检测人员在进行产品检测时，无需再手动调节各种电压源、信号源、配置各种接口以及记录繁杂数据。自动检测系统将代替人来完成大量的工作，有着高效率、高精度的优点。检测设备采用计算机控制，对检测结果进行自动判断。检测过程可以人工干预或自动运行，提高了检测的可信度，减少人工检测的失误带来的影响。

本发明还提供一种飞机交流发电机控制器自动检测方法，其包括：

(1)故障信息模拟技术

故障信息模拟技术是本检测系统中的最重要、最关键技术之一。为了准确检测发电机控制器的状态，故障信息模拟必须准确无误。

对发电机控制器进行故障检测，首先就是要模拟供电系统在运行过程中所有可能出现的正常运行信号以及故障信号，然后再将这些信号按照发电机控制器的输入口信号标准输入发电机控制器，进而对发电机控制器的输出口信号进行检测。

发电机控制器所检测的故障信号主要有过/欠压、过/欠频、差动电流保护、过流、不平衡的相电流、相序等模拟信号和电压调节器失效、短路的旋转二极管、欠速等数字信号。过/欠压信号由信号源输出不同范围的电压来模拟，过/欠频信号通过改变信号源输出的频率来模拟。

值得一提的电流模拟技术。鉴于发电机互感器输出电流信号较大，所以检测时采用缩小还原技术。即，需要将电流信号按比例缩小，再由软件还原显示，且数据的转换完全由软件完成。一般检测系统采用另外一组程控电源，本系统则采用程控电阻网络来实现。即程控电源的输出稳定在115V400Hz，计算机控制电阻网络，方便实现了控制器的1.5倍过载检测、2倍过载检测以及短路(3倍额定电流)检测。在满足检测性能的情况下，有效节约硬件成本，同时减小检测系统的体积。

(2)程控电源控制和校正技术

本技术保证AC输入电源和检测设备的精度符合要求。程控电源在本检测系统中起的作用是模拟交流发电机的状态。如果程控电源的输出和给定值不符，就会造成检测结果的偏差。其次，对于保护时间的计算也比较麻烦，而且检测报告不能自动生成，检测速度慢，继而整体性能不是很好。本技术通过数据采集卡采集程控电源的输出，把对程控电源的开环调节变成闭环调节，并且自动生成检测报告。这就有效减少了检测的时间，极大地提高了检测的准确性与可靠性。

(3)数字滤波与线性拟合相结合的过零点检测法

在飞机电源自动检测系统中的被测交流信号或多或少地在过零点附近存在一定的畸变，在这种情况下求出的过零点与实际的过零点会有很大偏差，从而导致计算出的交流稳态频率与实际稳态频率不符。在这种情况下，我们采用数字滤波和线性拟合的手段来确定过零点的实际位置，这正是本检测的另外一创新点。

在过零点附近sint≈t，此时的正弦信号近似于一条线性曲线。我们采用最小二乘的方法确定这条线性曲线。每个采样点可以用[y_i,t_i]来表示，设过零点附近的线性曲线为：

f(t)＝at+b

采用12点进行线性拟合，根据最小二乘法可以得到下面的公式：

$\left\{\begin{array}{c}a\underset{i=0}{\overset{11}{\Σ}}{t_i}^2+b\underset{i=0}{\overset{11}{\Σ}}{t}_i=\underset{i=0}{\overset{11}{\Σ}}{y}_i{t}_i,\\ a\underset{i=0}{\overset{11}{\Σ}}{t}_i+11b=\underset{i=0}{\overset{11}{\Σ}}{y}_i.\end{array}\right.$

从而可以确定出线性曲线f(t)＝at+b的两个参数a和b的数值，进而确定出正弦信号的实际过零点位置；在上述公式中：a为斜率，b为Y轴截距，t为自变量，f(t)为因变量。

(4)虚拟仪器技术

检测设备采用计算机控制，高精度仪表软件化，且对检测结果进行自动判断。这样大大提高了检测的可信度，且有效减少了人工检测的失误带来的影响。

(5)检测报表自动生成与打印技术

传统的检测设备为全手动操作，检测结果需要检测工作人员手动填写，效率极其低下。本系统检测报表采用自动生成与打印技术，方便快捷，且非常醒目。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种飞机交流发电机控制器自动检测系统，其特征在于，包括：发电机控制器、第一程控电源、第二程控电源、电阻网络、测控计算机、发电机接触器、信号调理板、数据采集卡、数字输出卡以及28V直流电源；其中，

所述第一程控电源为40V、800Hz，模拟永磁机，直接连接所述发电机控制器的输入端；所述第二程控电源为115V、400Hz，模拟主发电机，所述电阻网络模拟电流互感器副边，所述第二程控电源直接连接所述发电机控制器的输入端，同时亦通过所述电阻网络连接至所述发电机控制器的输入端；所述第一程控电源和所述第二程控电源皆连接至所述测控计算机；

所述发电机接触器连接至所述发电机控制器的输出端，同时亦与所述信号调理板相连接，而所述信号调理板亦直接连接至所述发电机控制器的输出端以接收开关量；所述第一程控电源和所述第二程控电源皆连接至所述信号调理板；所述信号调理板通过所述数据采集卡将数据发送给所述测控计算机。

2.根据权利要求1所述的飞机交流发电机控制器自动检测系统，其特征在于，所述测控计算机通过所述数字输出卡将开关量发送给所述发电机控制器。

3.根据权利要求1所述的飞机交流发电机控制器自动检测系统，其特征在于，所述28V直流电源直接连接所述发电机控制器以提供电力。

4.根据权利要求2所述的飞机交流发电机控制器自动检测系统，其特征在于，所述28V直流电源直接连接所述发电机控制器以提供电力。

5.一种飞机交流发电机控制器自动检测方法，其特征在于，使用如权利要求1～4任一项所述的飞机交流发电机控制器自动检测系统。

6.根据权利要求5所述的飞机交流发电机控制器自动检测方法，其特征在于，对发电机控制器进行故障检测，首先模拟飞机的供电系统在运行过程中的正常运行信号和故障信号，然后将所述正常运行信号和所述故障信号按照所述发电机控制器的输入口信号标准输入所述发电机控制器，进而对所述发电机控制器的输出口信号进行检测。

7.根据权利要求6所述的飞机交流发电机控制器自动检测方法，其特征在于，所述故障信号包括：过/欠压、过/欠频、差动电流保护、过流、不平衡的相电流、相序模拟信号和电压调节器失效、短路的旋转二极管、欠速数字信号；其中，所述过/欠压信号由信号源输出不同范围的电压来模拟，所述过/欠频信号通过改变信号源输出的频率来模拟。

8.根据权利要求5所述的飞机交流发电机控制器自动检测方法，其特征在于，检测时电流模拟技术采用缩小还原技术，将电流信号按比例缩小，再由软件还原显示，其中，数据的转换完全由软件完成。

9.根据权利要求5所述的飞机交流发电机控制器自动检测方法，其特征在于，通过所述数据采集卡采集所述第一程控电源和所述第二程控电源的输出，把对所述第一程控电源和所述第二程控电源的开环调节变成闭环调节，并自动生成检测报告，以控制并校正所述第一程控电源和所述第二程控电源。

10.根据权利要求5所述的飞机交流发电机控制器自动检测方法，其特征在于，采用数字滤波与线性拟合相结合的过零点检测法，用[y_i,t_i]来表示采样点，设过零点附近的线性曲线为：

f(t)＝at+b

采用12点进行线性拟合，根据最小二乘法得到下面的公式：

$\left\{\begin{array}{c}a\underset{i=0}{\overset{11}{\Σ}}{t_i}^2+b\underset{i=0}{\overset{11}{\Σ}}{t}_i=\underset{i=0}{\overset{11}{\Σ}}{y}_i{t}_i,\\ a\underset{i=0}{\overset{11}{\Σ}}{t}_i+11b=\underset{i=0}{\overset{11}{\Σ}}{y}_i.\end{array}\right.$

确定出线性曲线f(t)＝at+b的两个参数a和b的数值，进而确定出正弦信号的实际过零点位置；

在上述公式中：a为斜率，b为Y轴截距，t为自变量，f(t)为因变量。