CN114237200A - 电气控制盒的性能测试装置及测试方法 - Google Patents

电气控制盒的性能测试装置及测试方法 Download PDF

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张西虎
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Abstract

本发明公开电气控制盒的性能测试装置及测试方法，装置包括信号激励单元、负载单元、数据采集单元、数据分析单元；信号激励单元用于提供模拟信号实现无人机多种供电方式的控制指令信号及飞控计算机发出的控制指令信号，并将控制指令信号发送给电气控制盒；负载单元用于模拟无人机上不同种类的用电设备，测试继电器的待载特性，采用矩阵变换器实现各设备间的切换；数据采集单元对电气控制盒的配电功能进行数据采集；数据分析单元对数据采集单元采集到的数据进行分析记录。本发明提出的装置及方法，能够检测电气盒的各项电性能，对无人机状态进行实施检测，为系统故障时提供数据追溯。

Description

电气控制盒的性能测试装置及测试方法
技术领域
本发明涉及无人机机载设备的检测领域，特别涉及电气控制盒的性能测试装置及方法。
背景技术
无人机电气控制盒的作用是根据各机载设备的供电要求，对电源系统产生的电能进行合理分配和控制。电气控制盒测试装置对电气控制盒的各项性能指标进行测试记录。
目前主要通过手动开关对电气控制盒进行测试，利用指示灯判断电气控制盒有无正常配电。上电时序由接通手动开关的顺序决定，对测试人员的操作技能有较高的要求，同时存在测试人员接错开关或未接开关的可能，从而导致无人机测试错误；测试过程中，测试人员需要一直监测指示灯，测试强度极大。同时无法进行加载考核控制盒继电器的带载性能，也没有电压波形记录分析保存能力，从而导致地面试验不充分，无法及时发现电气控制盒的质量问题，以往通过全系统测试发现问题，试验数据无法回溯，影响无人机的可靠性。
发明内容
解决上述技术问题，本发明提供一种电气控制盒测试装置，通过信号激励单元发送模拟指令信号从而检测电气控制盒配电时序和逻辑，由负载单元考核继电器的带载特性，通过数据采集单元进行电压、电流等数据采集，由数据分析单元进行分析记录，并通过显示屏进行状态信息显示。
本发明为电气控制盒的性能测试装置，所述装置包括信号激励单元、负载单元、数据采集单元、数据分析单元；其中，
所述信号激励单元用于提供模拟信号实现无人机多种供电方式的控制指令信号及飞控计算机发出的控制指令信号，并将控制指令信号发送给电气控制盒；
所述电气控制盒根据所述控制指令信号实现无人机上用电设备的控制；
所述负载单元用于模拟无人机上不同种类的用电设备，测试继电器的待载特性，采用矩阵变换器实现各设备间的切换；
所述数据采集单元对电气控制盒的配电功能进行数据采集；
所述数据分析单元对所述数据采集单元采集到的数据进行分析记录，得到所述电气控制盒配电性能的数据。
进一步的，所述信号激励单元以可编程控制器PLC为核心设备，提供模拟信号实现无人机各种供电方式包括地面供电、机上发电机供电、机上蓄电池供电和机上发电机、蓄电池供电；
所述信号激励单元还提供飞控计算机发出的控制指令信号，包括推油门或者收油门的开度信号、抛伞、曳光弹的控制指令信号、燃电阀、气电阀的开度信号。
进一步的，所述负载单元包括电子负载和变换矩阵，其中，所述电子负载采用功率管或晶体管组成，通过控制所述功率管或晶体管的导通量实现模拟无人机上不同种类的用电设备。
进一步的，所述数据采集单元包括检测传感器、信号调理电路和数据采集接口卡；所述检测传感器采集电压、电流信号，并将所述信号进行隔离、变换，然后通过调理电路送入数据采集接口卡。
作为本申请的一种优选实施方案，所述变换矩阵包含若干组开关组，每个开关组包含两个首尾相连的开关，以及一个第三开关，所述第三开关的不动端连接在本组并排的两个开关中间，动端连接相邻的下一组并排的两个开关中间，最后一组开关只包含两个首尾相连的开关；每组开关组连接一个负载。
基于上述电气控制盒的性能测试装置，本申请还提供测试方法，所述测试方法包括：
信号激励单元发出模拟信号，所述模拟信号用于模拟无人机各种供电方式及飞控计算机发出的控制指令信号；
电气控制盒根据所述控制指令信号实现无人机上用电设备，即负载的控制；
负载单元模拟无人机上不同类型的用电设备，采用矩阵变换器实现不同设备间的切换；
数据采集单元对所述电气控制盒的配电功能进行数据采集；
数据分析单元对所述数据采集单元采集到的数据进行分析记录。
进一步的，所述数据采集单元采集到的数据分为稳态数据和瞬态数据。
进一步的，所述信号激励单元以可编程控制器PLC为核心设备，提供模拟信号实现无人机各种供电方式包括地面供电、机上发电机供电、机上蓄电池供电和机上发电机、蓄电池供电；
所述信号激励单元还提供飞控计算机发出的控制指令信号，包括推油门或者收油门的开度信号、抛伞、曳光弹的控制指令信号、燃电阀、气电阀的开度信号。
作为本申请的一种优选实施方案，所述变换矩阵包含若干组开关组，每个开关组包含两个首尾相连的开关，以及一个第三开关，所述第三开关的不动端连接在本组并排的两个开关中间，动段连接相邻的下一组并排的两个开关中间，最后一组开关只包含两个首尾相连的开关；每组开关组连接一个负载。
作为本申请的一种优选实施方案，所述稳态数据采用直接内存计算处理；所述瞬态数据采用磁盘阵列计算处理。
本发明具备如下有益效果：
1、采用变换矩阵简化电子负载设计，从而减少了电子负载的数量、减小了电子负载的功率，使系统体积、重量大大减小，成本也得到了控制；
2、将采集数据根据重要程度进行分类。稳态数据采用直接内存计算处理；瞬态数据采用磁盘阵列（RAID）计算处理。在数据采集处理过程中，不会因为采集处理数据量太大导致系统运行速率、效率降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对本发明中所需要使用的附图进行简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明实施例提供的测试装置使用状态电路连接图；
图2为本发明实施例提供的测试装置组成框图；
图3为本发明实施例提供的变换矩阵示意图；
图4为本发明实施例提供的电气控制盒配电示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图2所示，图2为电气控制盒测试装置组成框图，本发明为电气控制盒的性能测试装置包括信号激励单元、负载单元、数据采集单元、数据分析单元和显示单元。信号激励单元的作用是提供模拟信号实现无人机各种供电方式及飞控计算机发出的控制指令信号；负载单元的作用是模拟无人机的用电设备，从而考核继电器的带载特性，为简化设计利用矩阵变换器实现；数据采集单元是对电气控制盒的配电功能进行电压、电流等数据采集；数据分析单元是对波形电压进行分析记录；显示单元是为液晶屏幕层，可将状态信息显示并输入测试参数。
信号激励单元以可编程控制器（PLC）为核心设备，提供模拟信号实现无人机各种供电方式（地面供电、机上发电机供电、机上蓄电池供电和机上发电机、蓄电池供电等方式），考核电气控制盒是否按照规定的逻辑时序进行供配电；并提供飞控计算机发出的控制指令信号，比如：推油门、收油门、抛伞、曳光弹、燃电阀、气电阀等，考核电气控制盒是否执行指令进行动作。PLC具有数字量和模拟量输入输出接口，接收外部信号通过软件实现逻辑控制功能，输出接口通过放大器直接控制外部用电设备实现各种控制功能。PLC抗干扰能力强，本系统采用西门子S7-200可编程控制器。各种供电方式和指令信号均采用软件编程实现。
负载单元由电子负载和变换矩阵组成。电子负载是通过控制内部功率（MOSFET）或晶体管的导通量（量占空比大小），依靠功率管的耗散功率消耗电能的设备。它能够准确检测出负载电压，精确调整负载电流，能够真实模拟机载用电设备。由于本系统直流采集量有24路，如果每路都配置电子负载，那就相应需要24路负载，同时有些采集点电流较大，达到50~70A。这样会导致电子负载数量多、功率大，对整个系统的成本、体积等也有影响。
本系统采用变换矩阵简化电子负载设计，从而减少了电子负载的数量、减小了电子负载的功率。作为本申请的一种优选实施方案，所述变换矩阵包含若干组开关组，每个开关组包含两个首尾相连的开关，以及一个第三开关，所述第三开关的不动端连接在本组并排的两个开关中间，动段连接相邻的下一组并排的两个开关中间，最后一组开关只包含两个首尾相连的开关；每组开关组连接一个负载。
图3为变换矩阵示意图，根据实际用电设备统计分析，采用8路电子负载，其中2路5A，三路10A，三路20A。如果用电设备在20A以内，直接控制相应的继电器开关，接通电路；如果电流值在20~30A之间，可接通S9、S10、S12、S21继电器，使R5、R6两路电子负载并联工作，满足电流要求；如果电流值在50~60A之间，可接通S11、S12、S14、S16、S22、S23继电器，使R6、R7、R8三路电子负载并联工作，满足电流要求。依次类推，用电设备电流值越大，并联的电子负载数量就越多。以上负载并联方式均通过软件编程实现。
数据采集单元由检测传感器、信号调理电路和数据采集接口卡组成。电压、电流信号通过检测传感器信号隔离、变换，然后通过调理电路送入数据采集接口卡。本系统将采集数据分为稳态数据（任务设备的电压、电流）和瞬态数据（关键设备的电压、电流）。稳态数据采用直接内存计算处理，通过多个线程之间协作对数据进行分析计算；瞬态数据采用磁盘阵列（RAID）计算处理。在磁盘阵列中，可以让多组磁盘驱动器同时工作，而这些磁盘驱动器在逻辑上是同一个磁盘驱动器，使用磁盘阵列可以达到单个磁盘驱动器几十倍甚至上百倍的速率。所以在数据采集处理过程中，不会因为采集处理数据量太大导致系统运行速率、效率降低。任务设备的电压、电流采用PXI-2204数据采集接口卡，配置：模拟量输入32通道、12位分辨率、最高1MS/s采样率；关键设备的电压、电流采用PXI-2210同步数据采集接口卡，配置：模拟量输入4通道、14位分辨率、最高4MS/s采样率。
本系统可实现以下电压、电流参数的采集：
1）交流电压：精度0.2%满量程 2路
2）交流电流：精度0.5%满量程 2路
3）交流频率：精度0.5%满量程 2路
4）直流电压：精度0.2%满量程 24路
5）直流电流：精度0.5%满量程 24路
数据分析单元对数据采集模块采集的数据进行分析和计算，并对保存的二进制数据文件进行系统导入、分割、转换和运算，符合GJB181A-2003、MIL-STD-704E以及设计规范文件规定的数据分析处理方法：
1）直流分析参数：直流脉动电压、直流畸变系数、直流畸变频谱和直流电压浪涌。
2）交流分析参数：单次谐波含量、总谐波含量、波峰系数、交流电压畸变频谱、畸变系数和直流分量。
本申请装置还配置有显示单元，所述显示单元将电压、电流、频率的分析和计算结果显示在系统主界面上，并将选中的电压通道同步显示多个电压波形（最多支持4通道同时显示），同时可根据需要提供不同的测试参数。
图4为电气控制盒配电示意图，如图4所示，电气控制盒根据用电设备的需求，对发电机和蓄电池产生的电能进行合理分配和控制。将汇流条分为汇流条1和汇流条2，分别内置到电气控制盒内，通过电路设计实现关键用电设备的供电冗余，汇流条1由发电机通过接触器JF供电，汇流条2由蓄电池通过接触器JB供电，两者之间接有阻断二极管，确保电能只由汇流条1向汇流条2供电，蓄电池电能不会反向到汇流条1。任务设备接于汇流条1，关键用电设备接于汇流条2。
首先，性能测试装置的信号激励单元发出供电模式指令，包含发电机供电、蓄电池供电和发电机、蓄电池并联供电三种模式，比如发出蓄电池供电指令。
性能测试装置的数据采集单元采集接触器JF和JB辅助触点（接触器闭合后，辅助触点会输出电压）信号，以及汇流条1和汇流条2的电压，从而判断电气控制盒内部的接触器JF和JB是否执行动作，并在显示器显示当前工作模式。比如蓄电池工作状态，JB辅助触点输出电压信号，JF辅助触点没有输出电压信号，汇流条2有电压，汇流条1没有电压。
接着，信号激励单元发出飞控舵机工作指令，电气控制盒接收指令后，相应的舵机工作继电器线圈得电，触点闭合，将蓄电池的电能传输至电子负载（模拟舵机）。根据之前的用电设备负载统计和实测，舵机的最大工作电流为28A（起动瞬间），将电流参数输入后，变换矩阵自动接通S9、S10、S12、S21继电器，使R5、R6两路电子负载并联工作。
数据采集单元采用磁盘阵列（RAID），通过PXI-2210同步数据采集接口卡采集舵机的工作电压和电流参数，并传输至数据分析单元。
数据分析单元参照GJB181A-2003、MIL-STD-704E以及设计规范文件的规定对直流脉动电压、直流畸变系数、直流畸变频谱和直流电压浪涌等性能参数进行分析、计算、储存，并通过显示器显示。
实施例2
基于上述电气控制盒的性能测试装置，本申请还提供测试方法，所述测试方法包括：
信号激励单元发出模拟信号，所述模拟信号用于模拟无人机各种供电方式及飞控计算机发出的控制指令信号；
电气控制盒根据所述控制指令信号实现无人机上用电设备，即负载的控制；电气控制盒根据控制指令信号完成各种无人机配电方式（地面供电、机上发电机供电、机上蓄电池供电和机上发电机、蓄电池供电等方式）或继电器执行相关动作（推油门、收油门、抛伞、曳光弹、燃电阀、气电阀等），同时供电电路接至所述负载单元；
负载单元模拟无人机上不同类型的用电设备，采用矩阵变换器实现不同设备间的切换；
数据采集单元对所述电气控制盒的配电功能进行数据采集；
数据分析单元对所述数据采集单元采集到的数据进行分析记录。
进一步的，所述数据采集单元采集到的数据分为稳态数据和瞬态数据。
进一步的，所述信号激励单元以可编程控制器PLC为核心设备，提供模拟信号实现无人机各种供电方式包括地面供电、机上发电机供电、机上蓄电池供电和机上发电机、蓄电池供电；
所述信号激励单元还提供飞控计算机发出的控制指令信号，包括推油门或者收油门的开度信号、抛伞、曳光弹的控制指令信号、燃电阀、气电阀的开度信号。
作为本申请的一种优选实施方案，所述变换矩阵包含若干组开关组，每个开关组包含两个首尾相连的开关，以及一个第三开关，所述第三开关的不动端连接在本组并排的两个开关中间，动段连接相邻的下一组并排的两个开关中间，最后一组开关只包含两个首尾相连的开关；每组开关组连接一个负载。
作为本申请的一种优选实施方案，所述稳态数据采用直接内存计算处理；所述瞬态数据采用磁盘阵列计算处理
需要说明的是，上述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器，本领域技术人员可以理解，上述终端设备仅仅是示例，并不构成对终端设备的限定，可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。另外，本申请实施例提供的上述技术方案中与现有技术中对应技术方案实现原理一致的部分并未详细说明，以免过多赘述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.电气控制盒的性能测试装置，其特征在于，所述装置包括信号激励单元、负载单元、数据采集单元、数据分析单元；其中，
所述信号激励单元用于提供模拟信号实现无人机多种供电方式的控制指令信号及飞控计算机发出的控制指令信号，并将控制指令信号发送给电气控制盒；
所述电气控制盒根据所述控制指令信号实现无人机上用电设备的控制；
所述负载单元用于模拟无人机上不同种类的用电设备，测试继电器的待载特性，采用矩阵变换器实现各设备间的切换；
所述数据采集单元对电气控制盒的配电功能进行数据采集；
所述数据分析单元对所述数据采集单元采集到的数据进行分析记录，得到所述电气控制盒配电性能的数据。
2.根据权利要求1所述的电气控制盒的性能测试装置，其特征在于，所述信号激励单元以可编程控制器PLC为核心设备，提供模拟信号实现无人机各种供电方式包括地面供电、机上发电机供电、机上蓄电池供电和机上发电机、蓄电池供电；
所述信号激励单元还提供飞控计算机发出的控制指令信号，包括推油门或者收油门的开度信号、抛伞、曳光弹的控制指令信号、燃电阀、气电阀的开度信号。
3.根据权利要求1所述的电气控制盒的性能测试装置，其特征在于，
所述负载单元包括电子负载和变换矩阵，其中，所述电子负载采用功率管或晶体管组成，通过控制所述功率管或晶体管的导通量实现模拟无人机上不同种类的用电设备。
4.根据权利要求1所述的电气控制盒的性能测试装置，其特征在于，
所述数据采集单元包括检测传感器、信号调理电路和数据采集接口卡；所述检测传感器采集电压、电流信号，并将所述信号进行隔离、变换，然后通过调理电路送入数据采集接口卡。
5.根据权利要求1至4所述的电气控制盒的性能测试装置，其特征在于，
所述变换矩阵包含若干组开关组，每个开关组包含两个首尾相连的开关，以及一个第三开关，所述第三开关的不动端连接在本组并排的两个开关中间，动段连接相邻的下一组并排的两个开关中间，最后一组开关只包含两个首尾相连的开关；每组开关组连接一个负载。
6.根据权利要求1所述的电气控制盒的性能测试装置的测试方法，其特征在于，所述测试方法包括：
信号激励单元发出模拟信号，所述模拟信号用于模拟无人机各种供电方式及飞控计算机发出的控制指令信号；
电气控制盒根据所述控制指令信号实现无人机上用电设备，即负载的控制；
负载单元模拟无人机上不同类型的用电设备，采用矩阵变换器实现不同设备间的切换；
数据采集单元对所述电气控制盒的配电功能进行数据采集；
数据分析单元对所述数据采集单元采集到的数据进行分析记录。
7.根据权利要求6所述的测试方法，其特征在于，所述数据采集单元采集到的数据分为稳态数据和瞬态数据。
8.根据权利要求6所述的测试方法，其特征在于，所述信号激励单元以可编程控制器PLC为核心设备，提供模拟信号实现无人机各种供电方式包括地面供电、机上发电机供电、机上蓄电池供电和机上发电机、蓄电池供电；
所述信号激励单元还提供飞控计算机发出的控制指令信号，包括推油门或者收油门的开度信号、抛伞、曳光弹的控制指令信号、燃电阀、气电阀的开度信号。
9.根据权利要求6所述的测试方法，其特征在于，所述变换矩阵包含若干组开关组，每个开关组包含两个首尾相连的开关，以及一个第三开关，所述第三开关的不动端连接在本组并排的两个开关中间，动段连接相邻的下一组并排的两个开关中间，最后一组开关只包含两个首尾相连的开关；每组开关组连接一个负载。
10.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于，所述稳态数据采用直接内存计算处理；所述瞬态数据采用磁盘阵列计算处理。
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