基于CompactRIO的機載控制臺的開發和應用

作者:
秀梅 任 - 北京動力機械研究所

行業:
航空/航天, 運輸, 機器/機械

產品:
數據采集, 聲音與振動, 實時, 分布式I/O, 軟件

挑戰:
空臺帶飛試驗是動力系統在研制過程中的關鍵性試驗。在本次試驗中，飛行平臺的性能高，需求完成動力系統起飛、爬高、加速等試驗項目的考核，因此提高了對機載控制臺工作狀態下的力學環境要求。機載控制臺需要完成采集、監控、通信等多種功能，所應用的環境條件惡劣、電磁環境復雜，又由于涉及到飛機和被試產品的安全性，機載控制臺必須具備高可靠性。

解決方案:
基于NI CompactRIO 平臺開發了機載控制臺，用于帶飛過程中的試驗狀態控制、數據采集、監控參數實時顯示、安全報警、數字通信、試驗安全保障系統監控。具有很強的穩定性、實用性和易操作性。

1 機載控制臺功能

根據試驗要求，機載控制臺需完成如下功能：

1. 機載控制臺能夠完成對多種型號被試產品的電氣和控制系統的自檢、射檢功能
2. 機載控制臺能夠完成對多種型號被試產品濕起動、干起動、工藝起動和制式起動等試驗項目的控制
3. 機載控制臺能夠完成被試產品監測參數的實時顯示和數據存儲工作，參數包括：溫度、壓力、轉速、振動、指令電壓等
4. 試驗過程中，監測參數超出限制范圍時，控制臺能夠自動報警
5. 被試產品工作時由于燃油泄漏造成艙內部著火時，安裝在艙內的火警探測器向控制臺發出火警信號，控制臺能夠進行火警報警。飛行員根據火情按動控制臺前面板上的“滅火”按鈕，控制滅火器滅火

2 系統設計

2.1 設計要求

在系統的硬件設計上需達到的效果：

1. 高集成度：飛機內部空間有限，盡量減少占用空間
2. 自動化：盡量減少飛行員的操作
3. 可靠性：在惡劣的環境條件和復雜的電磁環境中可靠工作
4. 高精度：測量信號種類較多，包括溫度、壓力、轉速、振動、指令電壓等，測量精度要求高
5. 抗干擾能力強：在被試產品的控制中包括模擬量和數字量，控制臺硬件的抗干擾能力決定了飛機和被試產品的安全性

2.2 設計方案

通過對國內外各廠家產品的比較， 設計人員一致認為N ICompactRIO 平臺能夠達到方案預期的效果，可以快速地開發出復雜、并行、有效并且容易使用的機載控制臺，總體方案如圖所示。

采用CompactRIO 平臺開發出的產品外形尺寸為460mm ×230mm × 230mm，其外形是同類地面試驗設備的1/6。

在軟件的編制上具有以下優點：

1. 利用LabVIEW touch-panel可以快速開發出數字顯示和圖形顯示界面；界面友好，使飛行員易于操作
2. 軟件的編寫充分利用了LabVIEW 程序可并行的特點，監控程序和測試程序同時運行
3. LabVIEW具有很強的信號處理和信號分析功能，改變了傳統的對轉速和振動新好測量的方法，提高了測量精度

3 系統應用情況：

機載控制臺為該型號動力系統的研制工作作出了重要貢獻。機載控制臺實現了：

1. 進場后控制臺開箱合格率100%
2. 產品首次試驗成功率100%
3. 在所有試驗過程中，控制臺的無故障率100%
4. 由于該控制臺與飛機和其它設備之間匹配良好，將試驗周期從以往的4 個月減少至10 天，節約了大量的試驗經費

4 結論：

用CompactRIO 系列產品開發的機載控制臺具有很強的穩定性、實用性和易操作性，與傳統的試驗設備比較機載控制臺的性能優越、功能強大。