基于CompactRIO的机载控制台的开发和应用

作者:
秀梅 任 - 北京动力机械研究所

行业:
航空/航天, 运输, 机器/机械

产品:
数据采集, 声音与振动, 实时, 分布式I/O, 软件

挑战:
空台带飞试验是动力系统在研制过程中的关键性试验。在本次试验中，飞行平台的性能高，需求完成动力系统起飞、爬高、加速等试验项目的考核，因此提高了对机载控制台工作状态下的力学环境要求。机载控制台需要完成采集、监控、通信等多种功能，所应用的环境条件恶劣、电磁环境复杂，又由于涉及到飞机和被试产品的安全性，机载控制台必须具备高可靠性。

解决方案:
基于NI CompactRIO 平台开发了机载控制台，用于带飞过程中的试验状态控制、数据采集、监控参数实时显示、安全报警、数字通信、试验安全保障系统监控。具有很强的稳定性、实用性和易操作性。

1 机载控制台功能

根据试验要求，机载控制台需完成如下功能：

1. 机载控制台能够完成对多种型号被试产品的电气和控制系统的自检、射检功能
2. 机载控制台能够完成对多种型号被试产品湿起动、干起动、工艺起动和制式起动等试验项目的控制
3. 机载控制台能够完成被试产品监测参数的实时显示和数据存储工作，参数包括：温度、压力、转速、振动、指令电压等
4. 试验过程中，监测参数超出限制范围时，控制台能够自动报警
5. 被试产品工作时由于燃油泄漏造成舱内部着火时，安装在舱内的火警探测器向控制台发出火警信号，控制台能够进行火警报警。飞行员根据火情按动控制台前面板上的“灭火”按钮，控制灭火器灭火

2 系统设计

2.1 设计要求

在系统的硬件设计上需达到的效果：

1. 高集成度：飞机内部空间有限，尽量减少占用空间
2. 自动化：尽量减少飞行员的操作
3. 可靠性：在恶劣的环境条件和复杂的电磁环境中可靠工作
4. 高精度：测量信号种类较多，包括温度、压力、转速、振动、指令电压等，测量精度要求高
5. 抗干扰能力强：在被试产品的控制中包括模拟量和数字量，控制台硬件的抗干扰能力决定了飞机和被试产品的安全性

2.2 设计方案

通过对国内外各厂家产品的比较， 设计人员一致认为N ICompactRIO 平台能够达到方案预期的效果，可以快速地开发出复杂、并行、有效并且容易使用的机载控制台，总体方案如图所示。

采用CompactRIO 平台开发出的产品外形尺寸为460mm ×230mm × 230mm，其外形是同类地面试验设备的1/6。

在软件的编制上具有以下优点：

1. 利用LabVIEW touch-panel可以快速开发出数字显示和图形显示界面；界面友好，使飞行员易于操作
2. 软件的编写充分利用了LabVIEW 程序可并行的特点，监控程序和测试程序同时运行
3. LabVIEW具有很强的信号处理和信号分析功能，改变了传统的对转速和振动新好测量的方法，提高了测量精度

3 系统应用情况：

机载控制台为该型号动力系统的研制工作作出了重要贡献。机载控制台实现了：

1. 进场后控制台开箱合格率100%
2. 产品首次试验成功率100%
3. 在所有试验过程中，控制台的无故障率100%
4. 由于该控制台与飞机和其它设备之间匹配良好，将试验周期从以往的4 个月减少至10 天，节约了大量的试验经费

4 结论：

用CompactRIO 系列产品开发的机载控制台具有很强的稳定性、实用性和易操作性，与传统的试验设备比较机载控制台的性能优越、功能强大。