基于Labwindows/CVI某型飛機電源檢測系統設計

范雪揚，高玉章，宋偉健

（1.煙臺職業學院 山東 煙臺 264001；2.海軍航空工程學院 山東 煙臺 264001）

隨著現代科技的不斷發展，越來越多的先進的機載設備得到廣泛的應用，先進的機載設備的使用對飛機電源系統造成了一定的影響。現代戰爭形式的多樣化，使軍事斗爭準備變得日益頻繁，因此對飛機電源系統的及時準確檢測變得尤為重要。在對某型飛機進行維護的過程中，為了實現對飛機供電系統性能是否符合要求進行準確檢測，設計一種針對該型飛機電源系統，對于飛行保障工作具有十分重要意義[1-2]。因此，為解決這一問題，設計了一種基于Labwindows/CVI某型飛機電源檢測系統，通過采用高可靠、高精度的數據采集與處理系統，用來實現對該型飛機電源的準確測試，滿足該型飛機電源測試的需要。

1 總體設計

該檢測系統用于該型飛機電源系統地面檢測時進行相關電氣特性參數的測試，系統主要包括測試計算機 （工控機）、信號調理電路、數據采集系統和打印機等硬件部分和數據采集、數據分析軟件等相關軟件組成，系統的總體結構圖如圖1所示。系統共測試64路信號，將被測點采集到的信號（電壓和電流等）經過信號調理電路進行調理，并經數據采集系統對被測信號進行采集，通過測試計算機的數據處理軟件進行數據處理后得到相應的測試參數，并給出相應測試參數的變化曲線，也能產生相應的波形和測試報表，并對測試結果進行打印。

圖1 系統總體結構圖Fig.1 System structrue diagram

2 硬件設計

該檢測系統的硬件部分主要用來實現數據的采集，主要由測試計算機（工控機）、高速數據采集卡、信號調理電路和打印機等設備組成。數據采集部分主要由信號調理電路和高速數據采集卡組成，用來實現對數據的調理與采集；檢測系統的硬件部分的核心是測控計算機，該測控計算機選用研華工控計算機，CPU為P4 2.8 G以上，內存1 G，硬盤500 G以上，配備19寸液晶顯示器。信號調理電路主要用來克服測試信號中含有噪聲非標準的電壓/電流信號，從而實現信號的匹配，并能進行預濾波、抑制干擾噪聲。

3 軟件設計

為了便于維護和日后的擴展應用，在系統軟件設計過程中，采用模塊化設計思想。該檢測系統的軟件設計[1]主要由數據采集模塊、數據分析與處理模塊和系統幫助模塊等組成，系統軟件設計的結構圖如圖2所示。該系統能夠對交、直流電源系統的參數進行測試，具有自動加卸負載的功能。系統的測試內容主要包括直流系統和交流系統兩大部分組成，直流系統的測試內容有穩態電壓、脈動電壓、直流畸變系數、浪涌、瞬態電流和穩態電流等。交流系統的測試內容有穩態電壓、穩態電流、最大值、三相電壓不平衡、相移、波峰系數、總諧波含量、偏離系數、電壓調制、畸變系數[3]、浪涌、平均頻率、頻率漂移、頻率調制和瞬態頻率等。

圖2 系統軟件設計結構圖Fig.2 Structrue diagram of system software

軟件系統設計采用LabWindows/CVI作為開發軟件。LabWindows/CVI是一個交互式的、基于標準C語言編程環境的自動測試應用軟件，能夠將功能強大、使用靈活的C語言平臺和用于實現數據采集與處理的測控專業工具結合起來，為用戶提供交互開放式的用戶界面，LabWindows/CVI開發環境中包含大量的自動代碼生成工具和加快開發進程的有用工具，在保留C語言的強大功能和靈活性的同時，能夠方便的把函數語句嵌入C源代碼中，這使得程序設計的工作量大大降低，極大地提高了工作效率，縮短了開發周期[2]。

在本測試系統中，數據采集模塊包括參數設置和負載配置子模塊組成，通過測試程序的控制面板對通道和負載進行合理配置，實現對被測信號點的數據采集；系統幫助模塊可以解答部分常見問題和注意事項；數據分析與處理模塊是整個軟件重要組成部分，該部分有許多個子模塊組成，主要用來對采集到的保存的數據，進行分析與處理。該模塊的主程序采用 LabWindows/CVI編程[4-5]，按照 GJB181-86標準和GJB181A標準進行數據分析，其中按照GJB181-86標準要求進行測試的模塊包括交流穩態參數測試、交流電壓調制測試、交流頻率調制測試、交流諧波分析[6]測試、交流頻率瞬變測試、直流電壓脈動測試、直流電流測試、交流電壓浪涌測試、直流電壓浪涌測試等；按照GJB181A的標準要求進行測試的模塊包括三相交流穩態參數測試、交流直流分量測試、交流電壓瞬變測試、交流頻率瞬變測試、交流過頻與欠頻測試、交流過壓與欠壓測試、直流電壓穩態參數測試、直流電壓瞬變測試、直流欠壓過壓測試等。數據分析與處理模塊在運行該模塊時，通過點擊“數據分析”按鈕，系統會彈出文件選擇對話框，用來選擇要分析的文件；然后調用軟件中的子模塊實現數據的分析功能；分析完后，可以根據要求選擇生成報表并打印或關閉窗口。數據分析與處理程序的流程圖如圖3所示。

圖3 數據分析模塊流程圖Fig.3 Flowchart of data analysis module

在數據分析與處理模塊中，由于數據采集過程中可能是采用多通道同時采集的方法，因此，用戶進行數據分析時，首先要對所分析的數據通道和采樣頻率進行設置，然后再根據需要選擇相應的標準，接著通過點擊想要進行分析的子模塊就可以進入相應的測試程序，最后得到分析結果，其中包含數據結果和相應的波形分析曲線。

4 應 用

該檢測系統已經用于對某型飛機電源系統的地面維修檢測。在進行瞬態特性實驗過程中，發電機轉速6 500 rpm，加載40 A負載，測得專用電源負載端電壓欠壓浪涌分析波形圖和相應的頻譜分析圖如圖4所示，測得該調壓點的電壓最大值為25.23 V，電壓最小值為23.19 V。

圖4 專用電源負載端電壓欠壓分析圖Fig.4 Undervoltage analysis chart of special power

可以看出，專用電源負載端電壓欠壓浪涌波形顯示和頻譜分析均符合要求，并能夠按照國軍標的要求自動生成相關報表，測試結果的限制曲線為試驗的對比分析提供了很大方便。

5 結束語

該檢測系統采用模塊化設計思想，具有較強的易維護性和可擴展性。系統被應用于某型飛機電源的檢測與維護，從實際應用效果來看，檢測系統具有運行可靠穩定、人機交互界面友好、測試結果數據準確，并且具有功能強大、操作簡單的特點，能夠實現了對飛機供電參數的準確測試，達到設計要求，能夠為該型飛機電源的維護提供依據。

[1]張樹團，張曉斌，雷濤，等.便攜式飛機供電參數測試系統的設計與實現[J].計算機測量與控制，2008，16（11）：1536-1538.

ZHANG Shu-tuan，ZHANG Xiao-bin，LEI Tao，et al.Design and implement of the portable parameters test system for aircraft power supply system[J].Computer Measurement&Control，2008，16（11）：1536-1538.

[2]汪洋，張涇周，胡鋼成.航空電源地面自動測試系統的設計與實現[J].計算機工程與設計，2006，27（16）：3051-3054.

WANG Yang，ZHANG Jing-zhou，HU Gang-cheng.Design and implementation ofairplane powersource ground automatic test system[J].Computer Engineering and Design，2006，27（16）：3051-3054.

[3]鄭先成，張曉斌，雷濤.飛機供電系統交流電壓畸變測試方法[J].哈爾濱工業大學學報，2006，38（10）：1750-1753.

ZHENG Xian-cheng，ZHANG Xiao-bin，LEI Tao.Measurement method for AC voltage distortion of aircraft power system[J].Journal of Harbin Institute of Technolog，2006，38 （10）：1750-1753.

[4]王建新，隋美麗.LabWindows/CVI虛擬儀器測試技術及工程應用[M].北京：化學工業出版社，2011.

[5]張毅剛，等.虛擬儀器軟件開發環境LabWindows/CVI6.0編程指南[M].北京：機械工業出版社，2003.

[6]Zhang F，Geng Z，Yuan W.The algorithm of interpolating windowed FFT for harmonic analysis of electric power system[J].IEEE Trans.Power Del.，2001，16（2）：160-164.