鐵鳥測控系統特點分析及解決方法

陸鵬

摘要：以某型飛機鐵鳥綜合試驗室液壓測試系統的研究為工程應用背景，根據試驗需求和運用環境分析了在該測試系統中的特點和難點，針對提出的相關問題提出相應的技術解決方案。該測試系統采用分布式結構設計、數據預處理、抗干擾技術、多任務系統交聯管理的方法。經驗證試驗，實現多種傳感器信號的數據采集、記錄與分析，為鐵鳥綜合試驗提供準確、可靠的試驗數據。

關鍵詞：測控；分布式；數據預處理；抗干擾

鐵鳥試驗臺時按照飛機1：1比例搭建的液壓、操縱系統試驗臺。在鐵鳥平臺上一般安裝由真實的飛控系統、液壓系統和起落架系統，有些機型還配置航電、電源等系統。鐵鳥試驗臺肩負著飛行控制、液壓系統交付飛行試驗前的一個系統驗證和確認過程。鐵鳥試驗能夠極大程度上驗證飛機多個系統性能是否滿足要求和安全性是否滿足要求。鐵鳥試驗獲取的試驗數據，是開展飛行試驗的重要依據。對試驗效果的評價離不開對試驗數據的采集、分析處理[1]。因此測控系統的設計需求分析對試驗尤為重要。

本文將從目前某型號飛機鐵鳥試驗中測試需求的情況著手分析，為測控系統的設計提供依據。測控系統能夠完成飛機液壓系統、操縱系統、飛控系統地面模擬試驗，具有數據采集、處理、存儲、顯示、試驗流程管理的功能。通過測控系統可以參與完成液壓系統鐵鳥臺性能試驗和操縱系統試驗驗證，為液壓、操縱系統設計分析提供準確、可靠的試驗方法和數據，為設計和優化提供保障。下面分析鐵鳥試驗室的測控需求的特點，為系統設計提供依據。

1.1 信號分布廣種類多

對于大型的鐵鳥試驗臺而言，測試點分布于座艙、前起落架、主起落架、左右機翼、機身液壓附件艙、4臺液壓泵、升降舵、方向舵、水舵、各類型助力以及其他任務系統等，需要采集信號的位置很多，傳感器布局較分散。需要對操縱系統的舵偏、位移、力以及液壓系統的壓力、流量、溫度、脈動、等信號進行測量[2]。

根據對液壓、操縱系統地面模擬試驗要求的整理，對測試需求具體見表1所示。

1.2 信號類型、采樣率不同

全系統試驗時，針對不同的系統其采樣率要求不盡相同，如操縱系統傳感器試驗僅需100Hz采樣率即可滿足試驗需求；正常液壓采樣率僅需1000Hz采樣率，而脈動測試的采樣率需要3000Hz。

在進行剖面試驗時，系統要完成從滑跑、起飛、巡航、著陸等飛行階段，涉及到起落架、襟翼、剎車、前輪轉彎、液壓泵、舵面等試驗系統的數據測試采集，各個系統對于測試的精度、采樣率要求不同，同時數據量也比較大，對測試設備的實時處理存儲提出了更高的要求。

1.3 使用環境復雜

在液壓系統傳感器信號調試過程中，前期在原理調試過程中，還暫未發現電磁干擾的問題。但隨著試驗設備的不斷增加，這類干擾問題也逐漸浮現。

由于鐵鳥試驗室是一個兼具強電和弱電設備環境的場所。

干擾的來源有很多種，我們通常所說的干擾是電氣的干擾，但是從廣義上說，鐵鳥試驗室的噪聲、溫度效應、振動等都可能給測量帶來影響，產生干擾。在測量過程中，如果不能排除這些干擾的影響，儀表就不能夠正常的工作。

1.4 交聯系統眾多

鐵鳥試驗臺測控系統不僅要測量眾多的傳感器數據，還承擔著與各個系統數據交互的責任[3]。同時兼備了反射內存網接口、以太網通信接口、同步時鐘網絡等，具體功能如下：

a）具有與簡易飛行模擬系統通過VMIC進行實時通信的接口，提供操縱參數，如各舵面偏度、起落架狀態、剎車狀態等用于飛行仿真模擬；

b）具有與機械泵驅動裝置的以太網通信接口，主要用于遠程控制機械泵的啟動、停止。

c）具有與加載系統通信的以太網接口，轉發部分飛行仿真數據如速度、高度，發送部分測量數據，如舵面偏度，以便加載系統用于加載力的計算，同時監測加載力的大小，對加載系統起到一定監控作用。

d）具有與機械位移發生器的以太網接口，主要用于遠程操作驅動設備的啟動和停止。

e）具有與襟翼控制盒、擾流板控制計算機、傳感器處理計算機、前輪轉彎控制盒、機輪剎車控制盒、起落架控制盒、自駕儀、飛行仿真系統、虛擬儀表系統的ARINC429總線通訊接口，429總線的通訊速率為100kbps；

4解決方法

4.1 分布式數據采集

各系統測量信號分散，為減小信號傳遞長度，盡量減少干擾，選用雙基站式分布式的測量系統，將各種信號在通艙前部、中后部集中采集后轉換為數字信號傳輸至測控間客戶端。

兩個基站間建立1588同步時間網絡保證數據采集的時間同步性。1588時鐘同步網用于測控系統內部各個設備之間的時間同步。采用獨立組網的方式，網絡拓撲結構采用星型網絡結構。

針對系統通道多、速度快、精度要求高的特點，采用“信號調理模塊+數據采集模塊”的形式，選用NI公司的數據采集卡加信號調理設備的方案，同時在軟件設計上，測控系統采用分布式、層次化的測試軟件結構，采用模塊化設計方法。依據系統物理結構特點及組成形式。

4.2 數據預處理

針對不同類型，不同采樣率的測試信號，在信號采集后，顯示存儲之前根據不同類型的信號數據進行相應的預處理。

首先是信號調理，對信號進行放大、濾波、增益調節。然后根據不同類型的傳感器數據進行特別處理，如流量傳感器信號測量方式為一段時間的流量均值，需要對0.5s內的數據求平均才能正常測量實際流量。最后是根據試驗配置要求，自動識別配置任務中的最高采樣頻率，以最高采樣頻率為準自動補齊低采樣頻率要求的傳感器數據，并保存在試驗結果中，這樣可以在試驗后的數據處理中保證所有數據長度一致，便于試驗結果的分析對比。

4.3 抗干擾措施

在鐵鳥試驗室環境中，這些干擾總體上分為兩大類：內部干擾和外部干擾，詳細分析無外乎由于輻射、溫度、濕度、振動、傳輸、感應、電源、接地幾個方面。來自傳輸的干擾主要有兩種途徑：一是通過傳感器供電電源或公用信號儀表的供電電源即配電器串入的電網干擾；二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾[4]。

對于第一類干擾，主要是測試系統會受到電網波動的干擾而在信號傳輸線路上產生波動。尤其是在機械泵啟停這類處于同一供電網內的大功率設備狀態發生變化時，都會通過電纜線路對儀用電源產生干擾。因此在所有測控系統基站及傳感器電源的供電端都增加了電源隔離模塊，同時在每個基站增加一個電源低通濾波器。電源隔離模塊能夠有效降低內部噪聲和外部噪聲的生成頻率，提高數據采集系統信號的抗干擾能力。電源低通濾波器的引進與應用能夠濾除高次諧波，進一步完善電源的性能。

對于第二類電磁輻射的干擾，在硬件上選用帶屏蔽的信號線纜，傳感器信號類型盡量選擇電流型，注意工作接地：信號回路接地和屏蔽接地。采取硬件抗干擾后.雖然大部分干擾信號可以被過濾掉或屏蔽掉，但是因為干擾信號產生的原因種類多樣。因此為了保證高精度、高穩定性的測量與控制。往往在硬件抗干擾措施的基礎上。采取軟件抗干擾技術加以補充，作為硬件措施的輔助手段。

4.4 試驗管理系統

測控系統不僅要完成飛控、液壓和操縱系統的試驗，而且需要與飛機的其它部分進行各種交聯試驗，試驗項目較多，測控軟件采用面向應用的組態軟件設計方法。通過把軟件功能劃分成很多小的功能模塊，各模塊相對獨立又有機地聯系。測控軟件使用過程中，有效地選擇軟件模塊進行組合，改變軟件時序。每個具體試驗項目均由測試軟件提供的各種功能組合而成，測試結果的顯示形式與分析方法、數據是否傳輸或保存等亦可通過選擇實現在不同試驗中的不同組合，從而使測控系統不僅能夠滿足飛控、液壓和操縱系統的試驗需要，而且可以靈活組合，適應硬件支持的任何其它試驗，擴展測控系統的應用范圍。

試驗管理系統通過千兆以太網對試驗室的多個試驗系統集中管理。各試驗系統都提供了相應的網絡通訊接口，并定義了可供管理的指令。試驗管理系統對這些管理指令進行編碼，采用網絡通訊的方式和各試驗系統實時進行指令交互，實現試驗自動化運行。

試驗管理軟件通過可視化的設計工具創建好試驗流程，并設置好相關參數后，通過自動化管理軟件就可以執行該試驗項目，試驗管理系統會按照規定的試驗步驟，對各個子系統發送指令，同時接收各子系統發送的關鍵試驗數據，將數據顯示在不同的屏幕上，在主控屏上顯示目前正在執行的試驗步驟，并可隨時中斷試驗。

5結束語

根據某型飛機飛控液壓系統綜合實驗的要求，分析該型號中測控系統的特點，采用同步時鐘，運用分布式、層次化的測試軟件結構，采用模塊化設計方法。建立了具備分布式結構的測試平臺。根據不同類型的信號，靈活運用信號調理、數據預處理、數據補齊等處理方法，提供了完善的數據后處理功能。同時，結合試驗現場環境，從軟、硬件上分別采取相應的抗干擾措施，避免信號損失，保證數據有效性。實現了試驗管理系統通過千兆以太網對試驗室的多個試驗系統集中管理的目標。在某型號鐵鳥試驗應用中，已完成近幾百次試驗，并多次成功配合完成試驗排除故障工作，測試控制精度高，人機交互良好，試驗結果可靠性高。

參考文獻：

[1]薛峰，高承雍，王朝暉.飛機液壓測試系統需求分析及解決方案[J].測控技術，2015，34（6）：154-156.

[2]劉勇志，安思危，王紀森.飛機液壓鐵鳥試驗臺測試系統研究[J].機床與液壓，2015，43（16）：132-134.