一種雷達整車配電系統在線策略重構設計

羅雨，王正之，張兢晶，葉薇薇，李欣宇

（上海航天電子技術研究所，上海， 201108）

0 引言

隨著武器裝備的性能需求提升[1]，作為能源樞紐的配電系統直接關系到裝備的整體作戰性能和戰場生存能力[2]。雷達整車的配電系統承擔著整車能源轉換、分配和控制的任務，在滿足客戶需求的同時需要具備較好的可靠性、便捷性和可維護性。通常，在外場環境中若需要更改配電系統的控制策略以應對新的使用環境，傳統雷達整車配電系統需要對軟件進行更新升級[3,4]。由于雷達車在軍事應用中的特殊性，配電系統軟件更新升級需要設計人員修改控制程序，存在一定的局限性。雷達整車供配電系統控制策略靈活性有待提升。

為了解決在更改控制策略時難以進行軟件升級更新的問題，本文提出一種雷達整車配電系統在線策略重構設計方法，能夠在配電系統設計研制過程中對同類控制插件進行通用化設計并引入在線策略重構接口，在配電系統自身顯示界面進行操作即可完成控制策略更改。

1 配電系統架構

雷達整車配電系統每路負載用電控制采用插件實現，根據主體功能和電源類型可劃分為交流配電插件、交流執行插件、直流配電插件和直流執行插件。配電系統中還存在負責實現整個配電系統協調調度的管理單元和負責實現人機交互顯控單元，系統架構如圖1 所示。

圖1 配電系統架構

其中，顯控單元主要負責人機交互，包括用電設備控制與狀態顯示、插件配執參數設置、配電策略重構等功能的圖形化顯示與指令下發；管理單元是整個配電系統的中樞，負責完成插件統一調度管理、按鍵檢測、指令下發與數據傳遞、故障顯示和存儲等任務；交流配電插件和直流配電插件根據輸入電源類型選用，實現電源輸入控制、輸入電源監測與保護，多電源輸入情況下，配電插件與管理單元配合可實現輸入源切換；交流執行插件和直流執行插件根據用電設備電源類型選用，可實現用電設備供斷電控制、用電設備電源狀態監測與保護。各類插件均可根據實際使用場景需求進行功能配置。

2 通用化插件設計

實現策略重構的前提之一是插件自身靈活性高，插件之間互換性強。在整個配電系統中，配電插件和執行插件數量眾多，減少插件種類有利于降低系統維護成本和提升配電系統策略重構的可能性。為此，需要對插件進行通用化設計。

根據四類插件的功能共性與差異性進一步精簡種類，可在軟硬件設計上將交流配電插件和交流執行插件統一設計為交流配執插件，將直流配電插件和直流執行插件統一設計為直流配執插件。為了實現這兩類插件在對外信號接口上統一設計，每個插件均具有三路獨立輸入輸出接口，其差異體現在功率接口、電源監測實現方式和保護形式等方面，交流配執插件的功率接口可變形為1 路三相四線交流或者是3路單相交流。兩類插件均可簡化為圖2 所示架構。

圖2 插件架構圖

■2.1 通用化信號接口設計

插件信號接口的設計需要考慮配電系統不同使用環境下的各種需求。在通斷電控制方面，配電系統通常采用繼電器或帶電操的斷路器進行輸入輸出控制，而這兩類執行機構的控制方式有所不同：繼電器的通斷控制邏輯采取高低電平形式，動作電流較大，需要利用MOS 管進行驅動；斷路器的通斷控制邏輯采取脈沖信號形式，動作電流小，利用光耦進行隔離控制。

有些配電系統還要求具備本控/遙控選擇旋鈕，能夠本控加斷電。分別引入本控加電和禁止加電控制信號，通過光耦引入主控MCU。為了確保執行機構執行通斷電無誤，信號接口還引入了狀態信息，將控制進行閉環管理。

為了實現配電系統內部數據交互，插件信號接口還具有CAN 通信接口和控制電輸入接口，信號接口明細見表1。

表1 插件信號接口明細表

■2.2 通用化軟件設計

通用化插件設計的另一個要點是軟件通用化設計，軟件通用化設計要求在不改動軟件代碼的前提下，通過調整部分參數使得插件能夠適用于不同工作環境需求。在實際應用中，并不是所有信號接口都會同時使用，此時若不對閑置接口進行約束，會導致輸入信號引腳出現干擾異常狀況時，軟件采集到異常狀況并執行錯誤指令。

為了解決這個問題，對信號接口賦予使能，在存儲器內添加各接口功能使能標志。每次啟動時插件按照存儲器內配置參數信息設置為所需模式，并且根據配置參數信息中使能標志情況將信號接口信號劃分為有效信號和無效信號，軟件運行時所有無效信號均不處理。存儲器內的配置參數包括：配執模式、用電設備類型、繼電器控制使能、斷路器控制使能、本控加電控制使能、禁止加電使能、狀態信息反饋使能和修正系數等。

對于有效信號，軟件按照規則一一對應動作。繼電器和斷路器的控制邏輯在前文已有描述，需要注意的是斷路器的通斷控制是兩個引腳，不可同時發送通、斷兩個控制脈沖；當本控加斷電控制信號觸發時，插件執行根據信號變化情況執行加斷電操作，若同時CAN 總線下發了加斷電控制指令，插件以最后采集到的狀態為準；禁止加電信號的優先級最高，只要出現禁止加電信號，插件不響應任何加電指令，同時關閉執行結構，禁止加電接口還可引入其他插件執行機構的動作狀態信息，將多個互斥插件動作進行聯動，例如某配電系統存在市電、油機、取力多路電源輸入，插件根據其他插件動作狀態與系統調度信息進行協調規劃，從而實現互斥控制，避免配電系統多源輸入并接發生故障；為了提升插件通斷電控制的可靠性，及時發現異常狀態，插件通過狀態信息反饋接口引入執行機構動作狀態進行閉環控制（圖3），一旦執行機構發生異常狀態無法正常動作，能夠早發現、早處理。

圖3 閉環控制過程

3 策略重構

在實際使用環境中，由于某些因素的需求和限制，配電系統需要在不進行軟件更新升級的前提下，在線完成配電系統控制策略調整，常見的策略調整包括用電設備自啟動策略重構和插件執行策略重構。

■3.1 用電設備自啟動策略重構

配電系統后級用電設備種類繁雜、數量多，部分用電設備需要在配電系統主控板運行后自動加電，通常自啟動的用電設備和啟動順序在研制階段已確定。在使用過程中可能會因為用戶方的需求或者某些應急場合下，需要新增、刪減、調整自啟動設備的種類、順序和時間間隔，此時就需要對用電設備自啟動策略進行重構。

自啟動策略重構操作由顯控單元和管理單元實現。顯控單元進行人機交互實現策略設置操作，首先在顯控單元上選擇進入自啟動策略重構模式，進入模式后會顯示所有用電設備啟動參數，此時可根據新的策略需求選擇用電設備并設置啟動順序和間隔，所有需要自啟動的設備均設置完成后點擊確認按鈕，配電系統將自主完成剩余配置任務。啟動策略重構流程如圖4 所示。

圖4 自啟動策略重構流程

自啟動策略重構界面如圖5 所示，界面具備用電設備自啟動使能勾選框、優先級設置框、啟動間隔時間設置框以及確認框。其中，使能勾選框有兩種顏色，當用電設備被選為自啟動序列后，框的顏色變為綠色，未被勾選時為白色；啟動間隔時間為與前一優先級用電設備啟動相差的時間；凡是未被選入自啟動序列的用電設備，其優先級框和啟動間隔框為灰色不可選擇狀態。當多個用電設備具備相同優先級時，僅第一個設置為該優先級的設備能夠設置啟動間隔時間。當所有用電設備設置好后，點擊界面的確認按鈕，此時顯控將自啟動策略設置指令發送給管理單元，由管理單元進行下一步操作。

圖5 自啟動策略重構界面

圖6 插件接口參數設置

當顯控單元下發自啟動策略重構指令給管理單元后，由管理單元完成后續策略重構任務。管理單元根據指令內容進行整理，從指令中提取自啟動用電設備信息用于構建自啟動控制序列，將控制序列進一步整合成自啟動策略存儲到管理單元的存儲器內，每次管理單元重新運行時再將序列讀取出來按照存儲的策略對設備進行啟動控制。

■3.2 插件執行策略重構

雷達整車配電系統在使用過程中，可能存在插件中的某路控制或者插件整體失效的情況，為了不影響雷達整車主體功能的使用，此時需要對插件進行備件更換。在有備件的場合，傳統配電系統的插件備件放置在指定位置需要對插件中用于表述插件位置的電阻進行焊接調整。在無備件的場合，當保障整車主體功能的插件失效時，為了保證主體功能的正常使用，傳統配電系統需要將非主體功能的正常插件與主體功能的異常插件進行替換或者互換，在此過程中同樣需要對相關電阻進行焊接調整。用戶方使用現場可能存在無焊接設備的情況，傳統配電難以短時間內解決插件失效問題，新型配電系統中對插件執行策略進行重構能夠解決這個問題。

依托于通用化插件每次重新運行時自動讀取存儲器的配置內容對自身進行配置管理，配電系統中插件更換除必要的結構拆裝外，僅需要對插件存儲器內按照新的執行策略進行重構即可。和自啟動策略重構類似，在顯控單元上選擇備件模式進行插件配置參數設置，此時僅插件1 部分的設置有效，插件2 相關選項灰度顯示。確認設置的參數后，顯控單元發指令給管理單元，由于全新備件內置CAN ID 為固定值，管理單元將全新參數通過特定CAN ID 發送插件即可完成備件執行策略重構。

插件互換最主要的是互換兩個設備的CAN ID 信息，既可以將兩個插件的參數不進行任何改動而直接相互替換，還可以在互換時修改部分參數進行調整。在需要對插件進行互換的場景，通過在顯控單元界面操作進入互換模式，可以在輸入兩個插件的CAN ID 后點擊參數查詢可以獲取相應編號插件的配置參數后根據需要進行調整，還可以不經過查詢，直接在界面配置互換后的兩個插件的參數信息，插件接口參數設置界面如圖6 所示。一切準備完成后，配電系統按步驟進行執行操作：①顯控單元發送指令給管理單元；②管理單元發送指令對插件1 的參數進行重置；③管理單元按照顯控界面插件1 的參數內容對插件2 進行配置；④管理單元對第二步重置的插件按照顯控界面插件2 的參數內容進行配置?；Q過程可以發生在插件硬件結構互換前，也可以發生在插件硬件結構互換后。

4 總結與展望

本文提出一種雷達整車配電系統在線策略重構設計方法，包括配電系統通用化插件設計和在線策略重構設計方法，旨在解決配電系統維護、軟件更改受控的問題，在特殊應用場景下能夠提升系統可靠性、便捷性和可維護性，并在應急狀態下支撐雷達車主體功能任務的實施。

本文的在線策略重構僅實現了設備自啟動策略重構和插件執行策略重構，且插件執行策略重構僅同時對最多兩個插件進行互換。后續還將進一步完善在線策略重構的策略類別及同時重構插件的數量。