CN105807167A - 一种飞机机轮防滑刹车系统检测模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞机机轮防滑刹车系统检测模拟器，包括：模拟检测主机、分别连接至模拟检测主机的七张板卡以及用于外接机轮防滑刹车控制盒的检测接口、模拟接口；七张板卡分别为：模拟电压采集板卡、机轮转速信号采集板卡、信号调理板卡、继电器开关板卡、第一正弦波模拟板卡、第二正弦波模拟板卡以及模拟电压输出板卡；模拟电压采集板卡、机轮转速信号采集板卡、信号调理板卡和继电器开关板卡连接至检测接口，第一正弦波模拟板卡和第二正弦波模拟板卡连接至继电器开关板卡，信号调理板卡和模拟电压输出板卡连接至模拟接口。本发明结合虚拟仪器实现防滑刹车离位检测、原位检测、自动模拟功能，提供各信号的采集数据及波形。

Description

一种飞机机轮防滑刹车系统检测模拟器

技术领域

本发明涉及一种飞机机轮防滑刹车系统检测装置，尤其是适用于在外场环境下，针对由机轮防滑刹车控制器、电液伺服阀、机轮速度传感器、刹车压力传感器等部件组成的机轮防滑刹车系统进行检测、模拟的装置。

背景技术

飞机机轮防滑刹车系统是飞机的重要组成部分，关系着飞机是否能正常地起飞和降落，因此对飞机机轮防滑刹车系统的检测有相当的必要性。

以前，有关飞机机轮防滑刹车系统的检测设备操作步骤复杂、检测功能单一、不具有故障模拟功能且检测过程耗时长。

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机轮防滑刹车系统检测模拟器，为专业技术人员提供更多数据进行深入分析和排故。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种飞机机轮防滑刹车系统检测模拟器，包括：模拟检测主机、分别连接至所述模拟检测主机的七张板卡以及用于外接机轮防滑刹车控制盒的检测接口、模拟接口；其中，连接至所述模拟检测主机的七张板卡分别为：模拟电压采集板卡、机轮转速信号采集板卡、信号调理板卡、继电器开关板卡、第一正弦波模拟板卡、第二正弦波模拟板卡以及模拟电压输出板卡；所述模拟电压采集板卡、所述机轮转速信号采集板卡、所述信号调理板卡以及所述继电器开关板卡连接至所述检测接口，所述第一正弦波模拟板卡和所述第二正弦波模拟板卡均连接至所述继电器开关板卡，所述信号调理板卡和所述模拟电压输出板卡连接至所述模拟接口。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步地，所述继电器开关板卡设有继电器开关信号模拟模块，用于模拟飞机防滑刹车过程中的各项连接操作。

进一步地，所述继电器开关板卡模拟实验开关信号、静刹开关信号、落地开关信号、起落架位置开关信号、防滑刹车开关信号以及停机开关信号。

进一步地，所述第一正弦波模拟板卡和所述第二正弦波模拟板卡中设有机轮系统信号模拟发生模块，用于模拟飞机机轮转速传感器的信号。

进一步地，所述机轮转速信号采集板卡设有信号检测模块、检测信号处理模块以及检测模拟信号调理模块，用于采集飞机机轮转速传感器信号、防滑控制盒输出的机轮转速信号、防滑控制盒输出的基准速度信号以及各项DC电压信号；其中，所述信号检测模块位于所述检测信号处理模块和所述检测模拟信号调理模块之间。

进一步地，所述检测信号处理模块中设有机轮信号检测模块。

进一步地，在所述继电器开关板卡和所述机轮转速信号采集板卡中还设有离散量I/O模块，以提供本板卡与外部其他板卡或设备之间的接口。

进一步地，所述模拟检测主机包括机轮防滑系统监测模块和机轮防滑系统信号模拟控制模块；所述机轮防滑系统监测模块用于显示当前系统所监测到的飞机防滑系统的各项数据和各种信号的状态，所述机轮防滑系统信号模拟控制模块用于模拟飞机刹车防滑系统中的信号。

进一步地，还包括电源模块，以提供电力。

进一步地，七张板卡通过PCI-104BUS连接至所述模拟检测主机。

本发明的有益效果是：结合虚拟仪器技术，实现了防滑刹车离位自动检测、防滑刹车原位自动检测、防滑刹车信号自动模拟功能，同时提供有各信号的实际采集数据及波形，为专业技术人员提供更多数据深入分析和排故。

本发明的飞机机轮防滑刹车系统检测系统就是针对飞机机轮防滑刹车系统的检测，通过友好的人机界面直观的检测和显示出整套飞机机轮防滑刹车系统的运行状态及其稳定性。该发明主要基于现场可编程门阵列FPGA进行模块化设计，具有实时性强、精度高、稳定性好、涵盖信号检测和信号模拟等优点。通过高质量的航空连接线与飞机防滑刹车系统控制盒接口相连接，经过检测统硬件对信号进行采集和处理，再通过局部总线将数据上传到上位机检测控制系统，测试人员通过上位机可以清楚地检测到防滑控制盒的各项参数和信号以及飞机防滑刹车系统的各项重要参数。

附图说明

图1为本发明的飞机机轮防滑刹车系统检测模拟器的结构示意图；

在图1中，各标号所表示的部件名称列表如下：

1模拟检测主机

2机轮防滑刹车控制盒

10模拟电压采集板卡

20机轮转速信号采集板卡

30信号调理板卡

40继电器开关板卡

50第一正弦波模拟板卡

60第二正弦波模拟板卡

70模拟电压输出板卡

101检测接口

102模拟接口

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。

请参照图1所示，其为本发明的飞机机轮防滑刹车系统检测模拟器的结构示意图，所述检测模拟器包括：模拟检测主机1、分别连接至所述模拟检测主机1的七张板卡以及用于外接机轮防滑刹车控制盒2的检测接口101、模拟接口102；其中，

连接至所述模拟检测主机1的七张板卡分别为：模拟电压采集板卡10、机轮转速信号采集板卡20、信号调理板卡30、继电器开关板卡40、第一正弦波模拟板卡50、第二正弦波模拟板卡60以及模拟电压输出板卡70；

所述模拟电压采集板卡10、所述机轮转速信号采集板卡20、所述信号调理板卡30以及所述继电器开关板卡40连接至所述检测接口101，所述第一正弦波模拟板卡50和所述第二正弦波模拟板卡60均连接至所述继电器开关板卡40，所述信号调理板卡30和所述模拟电压输出板卡70连接至所述模拟接口102。

优选地，七张板卡通过PCI-104BUS连接至所述模拟检测主机1。

本发明的飞机机轮防滑刹车系统检测模拟器有三种工作状态：离位检测状态、原位检测状态以及模拟检测状态——

1)离位检测状态：将所述机轮防滑刹车控制盒2取下，使其离开飞机，

在场外或实验室进行检测

所述检测接口101连接至所述机轮防滑刹车控制盒2的检测接口，所述模拟接口102连接至所述机轮防滑刹车控制盒2的工作接口；所述模拟电压采集板卡10用来采集传感器、伺服阀、机轮转速、基准转速的电压；所述机轮转速信号采集板卡20用来检测交流输入信号的频率；所述信号调理板卡30通过所述模拟接口102向所述机轮防滑刹车控制盒2提供DC28V电压，以及接入传感器的电阻；所述继电器开关板卡40用来控制交流信号的输入，传感器接电阻以及落地开关的通断；所述第一正弦波模拟板卡50和所述第二正弦波模拟板卡60用来产生交流信号，输入给所述继电器开关板卡40。

2)原位检测状态：所述机轮防滑刹车控制盒2在飞机上，在线对其检测

所述机轮防滑刹车控制盒2由机载电源供电，所述检测接口101连接至所述机轮防滑刹车控制盒2的检测接口；所述模拟电压采集板卡10用来采集传感器、伺服阀、机轮转速、基准转速的电压；所述机轮转速信号采集板卡20用来检测交流输入信号的频率；所述信号调理板卡30用来接入传感器、伺服阀电阻以及伺服阀接地；所述继电器开关板卡40用来控制交流信号的输入，传感器接入电阻、伺服阀接地以及落地开关、静刹开关的通断；所述第一正弦波模拟板卡50和所述第二正弦波模拟板卡60用来产生交流信号，输入给所述继电器开关板卡40。

3)模拟检测状态：可连接或不连接所述机轮防滑刹车控制盒2，主要由

本发明的检测模拟器自身模拟出信号并进行检测，可广泛应用于教学、

培训及实验等。

用航插线将所述检测接口101和所述模拟接口102连接起来，所述第一正弦波模拟板卡50和所述第二正弦波模拟板卡60输出正弦信号模拟机轮转速和传感器电压，并输出给所述继电器开关板卡40；所述模拟电压输出板卡70模拟伺服阀电压和10V电压，这些信号都输出至所述模拟接口102，然后输入至所述检测接口101进行检测，由所述模拟检测主机1进行分析、比较，若正常，检测结果显示“正常”，否则显示“故障”。

在本发明的飞机机轮防滑刹车系统检测模拟器中——

所述继电器开关板卡40中设有继电器开关信号模拟模块，用于模拟飞机防滑刹车过程中的各项连接操作，在整个防滑控制盒检测中都有作用。在飞机机轮防滑刹车系统中，有各类开关信号，其作用各不相同，通过此模拟模块测试人员可以得到想要的各个开关信号。

测试人员通过所述模拟检测主机1中的软件发送指令到FPGA(Field－ProgrammableGateArray，即现场可编程门阵列)，由FPGA发出相应的控制信号给驱动器驱动继电器产生一个开/关的效果，用于接通防滑控制盒的试验开关管脚。FPGA为继电器驱动提供控制信号，继电器驱动控制继电器的动作，继电器的输出端通过航空连接线分别连接防滑控制盒实验开关的两个端口A和B。当FPGA发出闭合信号时，继电器动作，A和B连通，类似于飞机控制台上的开关按下的过程；当FPGA发出断开信号时，A和B断开，类似于飞机控制台上试验开关被释放的过程。所述继电器开关板卡40主要用于模拟实验开关信号、静刹开关信号、落地开关信号、起落架位置开关信号、防滑刹车开关信号、停机开关信号等用于控制防滑控制盒工作的开关信号。

所述第一正弦波模拟板卡50和所述第二正弦波模拟板卡60中设有机轮系统信号模拟发生模块，用于模拟飞机机轮转速传感器的信号，在对防滑控制盒的轮间保护功能、静刹功能以及防滑功能等各项需要机轮转速信号的功能检测时起到模拟作用。

飞机机轮转速信号是由传感器采集到的，转速传感器输出近似正弦波信号，峰峰值：Vpp>0.4V，频率：50～1770Hz。系统模拟飞机机轮转速信号，利用FPGA控制可编程正弦信号发生芯片产生频率为50～1770Hz峰峰值大于0.4V的正弦波信号，模拟转速传感器采集到的飞机机轮转速信号，通过航空连接线传输给防滑控制盒。测试人员通过所述模拟检测主机1控制FPGA产生相应的控制信号控制飞机机轮转速信号模拟模块硬件产生机轮转速信号。通过该项模拟，测试人员可以在实验平台上完成对飞机防滑刹车控制盒的接地保护、轮间保护、静刹保护、停机刹车保护等保护功能检测。由于此项数据时防滑控制盒检测当中非常重要的一项数据，因此我们采用高精度的可编程正弦信号发生芯片产生不同频率的正弦波信号，用于模拟速度传感器信号。

所述机轮转速信号采集板卡20是检测防滑控制盒功能的一块非常重要的板卡，用于采集飞机机轮转速传感器信号、防滑控制盒输出的机轮转速信号、防滑控制盒输出的基准速度信号以及各项DC电压信号，这些信号的各项参数都是对防滑控制盒功能的直观表达，因此在整个检测系统中有非常重要的地位。所述机轮转速信号采集板卡20中设有信号检测模块、检测信号处理模块以及检测模拟信号调理模块等。

其中，所述信号检测模块位于所述检测信号处理模块和所述检测模拟信号调理模块之间。由于飞机机轮刹车系统和防滑系统有很多信号，各信号的参数和类型都不尽相同，因此需要对信号进行必要的前期处理，由此设计了防滑系统和部分刹车系统的信号检测模块。这部分模块主要是用于采集防滑系统中的电源信号、开关信号、机轮转速号、保护地、刹车控制信号等，并且对信号进行前期处理(放大、衰减、整形等)以尽可能小地影响信号完整性的方式传输给FPGA，从而达到对飞机机轮刹车系统和防滑系统信号的精确检测，以保证系统的稳定性和精确可靠性。

所述检测信号处理模块中设有机轮信号检测模块，飞机机轮信号是由转速传感器采集输出的近似正弦波信号，峰峰值：Vpp>0.4V，频率：100～2000Hz。由于此信号幅值较低且为正弦波信号，是模拟信号，故在信号输入时将其进行整形滤波处理，经过比较器调理后的信号是矩形波信号。通过FPGA处理，测试人员可以在模拟检测主机人机界面上看到当前飞机机轮的转速情况。机轮传感器信号的检测是不依靠防滑控制盒的，因此需要从飞机机轮传感器的输出端处采集信号，主要是为了方便测试人员可随时观测到飞机机轮的真实转速，对防滑控制盒的检测具有一定的辅助作用。防滑控制盒在工作时也会输出机轮转速信号V_ωk，但此信号是一个转速与电压关系的信号，通过AD芯片将其采样传输给FPGA做相应的运算处理，得到当前防滑控制盒测得的飞机机轮转速。刹车时防滑控制盒还会输出一组由防滑刹车系统运算的到的预计速度V_ωr，这是一组防滑控制盒内部用于比较的数据，用于判断飞机当前刹车的程度，通过AD采集传输给FPGA做运算处理，直观地显示在模拟检测主机人机界面上，测试人员可随时观察到飞机防滑控制盒对防滑刹车的控制。

此外，在所述继电器开关板卡40和所述机轮转速信号采集板卡20中还设有离散量I/O模块，以提供本板卡与外部其他板卡或设备之间的接口。

在本发明的飞机机轮防滑刹车系统检测模拟器中，所述模拟检测主机1可读取检测系统硬件中的数据，在模拟防滑系统信号时可控制硬件模拟模块产生相应信号，因此采用PCI通信方式，可以实时监测防滑系统同时也可以控制信号的产生，方便系统的自测和模拟飞机运行检测防滑系统。

所述模拟检测主机1的人机界面主要分为两大板块：机轮防滑系统监测模块和机轮防滑系统信号模拟控制模块，友好的人机界面可使测试人员很快熟悉系统的功能和各项参数。

所述机轮防滑系统监测模块用于显示当前系统所监测到的飞机防滑系统的各项数据和各种信号的状态，例如：机轮落地开关打开时，人机界面上相应的落地开关信号指示为绿色；落地开关关闭时，人机界面上相应的落地开关信号指示为灰色。伺服阀信号和机轮转速信号需要显示出相应的数据，因此，此系统设计有数值显示模块，用于显示伺服阀电压信号的大小和飞机轮胎的转速，测试人员可以直观地看到这些物理量，便于监测和分析防滑系统的数据。

所述机轮防滑系统信号模拟控制模块用于模拟飞机刹车防滑系统中的一些信号，例如：机轮转速信号、伺服阀控制信号和各类开关信号等。测试人员可以通过上位机软件控制这些模拟信号的输出和各项参数，例如：通过输入或选择相应的频率和电压值，测试人员可以控制模拟飞机机轮转速的信号和伺服阀控制信号。通过将检测盒的输出模拟信号和输入端口相接，此系统可以完成自测。

优选地，在本发明的飞机机轮防滑刹车系统检测模拟器中，还包括电源模块，例如：为所述机轮防滑刹车控制盒2提供28VDC电源，为保证系统功能完善和运行稳定性，需要+15VDC、-15VDC、+5VDC、-5VDC等电压。其中，±15VDC电源主要用于模拟信号输出模块运算放大器、信号采集模块运算放大器提供工作电压；±5VDC用于信号调理部分运算放大器电源供电，同时为FPGA、高精度DAC和ADC以及通信模块提供相应的工作电压。

本发明主要基于FPGA进行模块设计，实时性强、精度高、稳定性好。FPGA，是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

FPGA采用了逻辑单元阵列LCA(LogicCellArray)，内部包括可配置逻辑模块CLB(ConfigurableLogicBlock)、输入输出模块IOB(InputOutputBlock)和内部连线(Interconnect)三个部分。FPGA与传统逻辑电路和门阵列(如PAL，GAL及CPLD器件)相比，具有不同的结构。FPGA利用小型查找表(16×1RAM)来实现组合逻辑，每个查找表连接到一个D触发器的输入端，触发器再来驱动其他逻辑电路或驱动I/O，由此构成了既可实现组合逻辑功能又可实现时序逻辑功能的基本逻辑单元模块，这些模块间利用金属连线互相连接或连接到I/O模块。FPGA的逻辑是通过向内部静态存储单元加载编程数据来实现的，存储在存储器单元中的值决定了逻辑单元的逻辑功能以及各模块之间或模块与I/O间的联接方式，并最终决定了FPGA所能实现的功能，FPGA允许无限次地编程。

本发明使用的转速模拟信号基于DDS进行模块设计，频率分辨率高、精度高。DDS(DirectDigitalSynthesizer)，即直接数字式频率合成器。与传统的频率合成器相比，DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点，广泛使用在电信与电子仪器领域，是实现设备全数字化的关键技术。DDS芯片中主要包括频率控制寄存器、高速相位累加器和正弦计算器三个部分(如Q2220)。频率控制寄存器可以串行或并行的方式装载并寄存用户输入的频率控制码；而相位累加器根据频率控制码在每个时钟周期内进行相位累加，得到一个相位值；正弦计算器则对该相位值计算数字化正弦波幅度(芯片一般通过查表得到)。DDS芯片输出的一般是数字化的正弦波，因此还需经过高速D/A转换器和低通滤波器才能得到一个可用的模拟频率信号。此外，有些DDS芯片还具有调幅、调频和调相等调制功能及片内D/A变换器。频率分辨率高、输出频点多、可达2的N次方个频点(N为相位累加器位数)；频率切换速度快，可达us量级；频率切换时相位连续；可以输出宽带正交信号；输出相位噪声低，对参考频率源的相位噪声有改善作用；可以产生任意波形；全数字化实现、便于集成、体积小、重量轻。

本发明使用的机轮系统信号模拟发生模块基于DMA(DirectMemoryAccess，存储器直接访问)进行设计，快速交换数据。这是指一种高速的数据传输操作，允许在外部设备和存储器之间直接读写数据，既不通过CPU，也不需要CPU干预。整个数据传输操作在一个称为“DMA控制器”的控制下进行的。CPU除了在数据传输开始和结束时做一点处理外，在传输过程中也可以进行其他的工作。这样，在大部分时间里，CPU和输入输出都处于并行操作。因此，使整个计算机系统的效率大大提高。

本发明的创新点主要有以下三点：

1、基于可扩展的工控平台，集信号检测和信号模拟于一体

检测包含有离位检测、原位检测；

模拟包含有机轮转速、传感器输出、开关量、工作电源等模拟功能，信号模拟功能不需要防滑刹车控制盒，可广泛应用于教学、培训及实验等。

2、基于模块化设计，体积小、重量轻，适合于内、外场使用

该设备包含信号模拟模块、数据采集模块、离散量模块、开关模块、电源模块等，采用标准总线接口。若系统有故障时只需要维修或更换对应的模块即可，维护成本低。

3、系统软件基于虚拟仪器，人机互动友好、执行效率高，满足快速检测维护要求

本发明中结合虚拟仪器技术，实现了防滑刹车离位自动检测、防滑刹车原位自动检测、防滑刹车信号自动模拟功能，同时提供有各信号的实际采集数据及波形，为专业技术人员提供更多数据深入分析和排故。

本发明的飞机机轮防滑刹车系统检测系统就是针对飞机机轮防滑刹车系统的检测，通过友好的人机界面直观的检测和显示出整套飞机机轮防滑刹车系统的运行状态及其稳定性。该发明主要基于现场可编程门阵列FPGA进行模块化设计，具有实时性强、精度高、稳定性好、涵盖信号检测和信号模拟等优点。通过高质量的航空连接线与飞机防滑刹车系统控制盒接口相连接，经过检测统硬件对信号进行采集和处理，再通过局部总线将数据上传到上位机检测控制系统，测试人员通过上位机可以清楚地检测到防滑控制盒的各项参数和信号以及飞机防滑刹车系统的各项重要参数。

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)

1.一种飞机机轮防滑刹车系统检测模拟器，其特征在于，包括：模拟检测主机、分别连接至所述模拟检测主机的七张板卡以及用于外接机轮防滑刹车控制盒的检测接口、模拟接口；其中，

连接至所述模拟检测主机的七张板卡分别为：模拟电压采集板卡、机轮转速信号采集板卡、信号调理板卡、继电器开关板卡、第一正弦波模拟板卡、第二正弦波模拟板卡以及模拟电压输出板卡；

所述模拟电压采集板卡、所述机轮转速信号采集板卡、所述信号调理板卡以及所述继电器开关板卡连接至所述检测接口，所述第一正弦波模拟板卡和所述第二正弦波模拟板卡均连接至所述继电器开关板卡，所述信号调理板卡和所述模拟电压输出板卡连接至所述模拟接口。

2.根据权利要求1所述的飞机机轮防滑刹车系统检测模拟器，其特征在于，所述继电器开关板卡中设有继电器开关信号模拟模块，用于模拟飞机防滑刹车过程中的各项连接操作。

3.根据权利要求2所述的飞机机轮防滑刹车系统检测模拟器，其特征在于，所述继电器开关板卡模拟实验开关信号、静刹开关信号、落地开关信号、起落架位置开关信号、防滑刹车开关信号以及停机开关信号。

4.根据权利要求1所述的飞机机轮防滑刹车系统检测模拟器，其特征在于，所述第一正弦波模拟板卡和所述第二正弦波模拟板卡中设有机轮系统信号模拟发生模块，用于模拟飞机机轮转速传感器的信号。

5.根据权利要求1所述的飞机机轮防滑刹车系统检测模拟器，其特征在于，所述机轮转速信号采集板卡中设有信号检测模块、检测信号处理模块以及检测模拟信号调理模块，用于采集飞机机轮转速传感器信号、防滑控制盒输出的机轮转速信号、防滑控制盒输出的基准速度信号以及各项DC电压信号；

其中，所述信号检测模块位于所述检测信号处理模块和所述检测模拟信号调理模块之间。

6.根据权利要求5所述的飞机机轮防滑刹车系统检测模拟器，其特征在于，所述检测信号处理模块中设有机轮信号检测模块。

7.根据权利要求1所述的飞机机轮防滑刹车系统检测模拟器，其特征在于，在所述继电器开关板卡和所述机轮转速信号采集板卡中还设有离散量I/O模块，以提供本板卡与外部其他板卡或设备之间的接口。

8.根据权利要求1所述的飞机机轮防滑刹车系统检测模拟器，其特征在于，所述模拟检测主机包括机轮防滑系统监测模块和机轮防滑系统信号模拟控制模块；所述机轮防滑系统监测模块用于显示当前系统所监测到的飞机防滑系统的各项数据和各种信号的状态，所述机轮防滑系统信号模拟控制模块用于模拟飞机刹车防滑系统中的信号。

9.根据权利要求1所述的飞机机轮防滑刹车系统检测模拟器，其特征在于，还包括电源模块，以提供电力。

10.根据权利要求1所述的飞机机轮防滑刹车系统检测模拟器，其特征在于，七张板卡通过PCI-104BUS连接至所述模拟检测主机。