試驗機測試系統電氣改裝負載的管理研究

李劍　吳曉輝　劉金虎

摘 要：該文通過分析先進飛機的電氣電源管理系統，依據大型試驗機測試系統電氣設計改裝工作的實際情況，提出測試系統負載管理的設計方法。

關鍵詞：分布式 負載管理 固態配電

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0179-02

試驗機測試系統改裝是指為了對試驗機進行各類試飛測試任務而進行的設計改裝工作，測試系統電氣設計改裝是指對試驗機加裝的各類測試系統設備進行合理配電設計、電纜制作、電纜敷設等工作。目前電氣改裝配電采用常規配電方式，基于接觸器、繼電器、熔斷器等器件的熱保護方式。其弊端是機上敷設電纜的重量大，電網敷設復雜，而且該配電方式僅對負載熱保護，不能實時監測負載用電信息。

目前先進飛機電網已經開始采用分布式、智能化的配電方式，而其作為試驗機電源系統的一個部分，也應適應這一發展趨勢。針對某大型試驗機改裝來說，全機加裝測試設備多而且安裝區域分散，若采用常規配電方式，會對飛機電網帶來許多弊端，為了對全機測試系統負載進行更好的管理，適應未來先進飛機的配電系統，特提出測試系統負載配電管理的設計方法，即分布式、智能化的配電管理，該設計方法不但能夠提高配電系統的可監控性，而且減重效果明顯，非常適用于大型飛機的測試系統配電改裝。

1 系統設計

1.1 系統設計思路

測試系統改裝電氣負載管理的設計，應依據先進飛機的分布式、智能化配電技術，并結合試驗機測試系統改裝電氣配電的特點來提出。

分布式、智能化配電特點是：采用分布式匯流條和負載自動管理技術。用電設備可以就近與配電匯流條相連，由計算機通過多路傳輸數據總線傳遞控制信號和狀態信息，經固態功率控制器對負載進行控制和保護。

試驗機測試系統電氣改裝負載配電的特點是：測試系統改裝負載與原機電網必須隔離保護；測試系統改裝負載使用電源類型的多樣化（如：直流 28 V、單相/三相交流115 V、交流220 V等）；測試系統負載供電采用開關集中控制，并對每條支路負載實現過流保護。

由上述分析得出，應對常規集中式配電方式進行改進優化，即采用集中控制，分布式、智能化配電來實現。這種新的配電方式既能滿足全機改裝設備、傳感器的供電需求，又能夠實現負載的自動控制與管理功能，它的未來應用對飛機安全飛行、成功執行試飛科目起著關鍵的作用。

1.2 系統設計組成

測試系統改裝電氣負載管理是一種基于固態器件的計算機控制配電系統。系統設計成三級結構：一級配電系統是顯控系統；二級配電系統是負載管理中心（控制計算機）；三級配電系統是固態功率控制器（SSPC）。這三級配電系統相互連接，并通過總線相互通信，完成對負載的配電管理。系統框圖如圖1所示（圖中實線表示電氣線路，虛線表示總線線路）。

固態功率控制器是負載管理的主要執行器件，可根據負載的集中分布點，選擇在試驗機上安裝的區域和數量，由于固態功率控制器設計小型化，便于分區域安裝在飛機的各個艙位，測試系統負載即可就近引電。

1.3 系統各部分工作原理

測試系統負載管理三級控制中，負載管理中心根據顯控系統的操作指令，向固態功率控制器傳輸控制指令；固態功率控制器根據指令，控制各個支路負載的接通和斷開，并將各支路用電信息傳回負載管理中心；負載管理中心根據負載用電信息，向顯控系統實時傳輸數據；顯控系統顯示各負載的用電信息和故障信息。整個系統在故障情況下可以重新配置，提高了自動化、可視化、維護性和可靠性。

1.4 系統各部分功能

（1）顯控系統負責與用戶建立友好的操作及顯示界面，顯示各個支路的負載用電信息，設置用電負載的電流參數值，提示各支路供電故障原因等。

（2）負載管理中心負責控制整個供電系統，主要包含系統狀態獲取，實現故障判斷、通訊任務、供電請求任務、數據存儲任務等。

（3）固態功率控制器負責控制用電負載的接通、斷開，采集負載電流、電壓信號，與處理機進行實時通信。

2 系統主要性能及特點

測試系統改裝電氣負載管理必須保證輸出到各個負載的電能符合質量要求。該系統與常規配電系統相比較，主要優勢有：提高了測試系統負載供電可靠性，能夠及時發現故障和預測故障，在飛機應急或故障狀態下，根據負載的優先級自動完成負載的切除，并保證向關鍵測試設備提供不中斷供電；提高維護性，地面維護人員可以根據故障信息很快判斷出故障點及原因；固態功率控制器可分區域配電，大大減少了饋電線路的密集程度。

3 系統的驗證試驗

經過論證分析，系統已設計完成，需要對該系統的功能、性能進行可靠性驗證，驗證試驗通過兩個階段完成：

第一個階段，進行地面試驗驗證。通過組建地面試驗設備，模擬負載的自動控制過程，對系統的各個功能（如實時監控、過流保護、遠程控制等）進行驗證。試驗設備包括：可調直流電源1臺、自動保護開關、電氣負載管理系統（包括顯示控制屏、負載管理中心、固態功率控制器）、萬用表、固定電阻負載、可調電阻負載等。

第二個階段，進行真實機載環境下的試驗驗證。通過設計機上驗證線路圖，選擇小電流測試系統負載和可調電阻負載，對系統的各個功能進行驗證。試驗選擇載機為某型運輸機，試驗設備包括：電氣負載管理系統機柜、固態功率控制器、萬用表等。

目前，試驗機測試系統改裝電氣負載管理系統已經完成這兩個階段的驗證，系統運行穩定可靠，遠程控制功能正確，可以應用于未來實際工作中。

4 系統的應用前景

試驗機測試系統改裝電氣負載管理是基于大型飛機先進電源管理系統設計的，充分發揮了分布式、固態配電系統的優勢，是發展的必然趨勢。這種分區域、分級的負載管理方式有利于大型試驗機改裝電源系統配電設計，該系統的成功應用將使改裝電氣設計的自動化管理水平達到一個質的飛躍，也為實現未來全固態配電設計打下基礎。

參考文獻

[1] 禹興華，呂永建.先進飛機自動配電系統的設計基礎研究[J].計算機測量與控制，2007（1）.

[2] 謝拴勤.葉留義.一種航空直流固態功率控制器的設計[J].計算機測量與控制，2010，18（7）：1553-1556.

[3] 劉鳴威.高艷霞.飛機電氣負載管理中心的設計研究[J].儀表技術，2011（1）.endprint

摘 要：該文通過分析先進飛機的電氣電源管理系統，依據大型試驗機測試系統電氣設計改裝工作的實際情況，提出測試系統負載管理的設計方法。

關鍵詞：分布式 負載管理 固態配電

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0179-02

試驗機測試系統改裝是指為了對試驗機進行各類試飛測試任務而進行的設計改裝工作，測試系統電氣設計改裝是指對試驗機加裝的各類測試系統設備進行合理配電設計、電纜制作、電纜敷設等工作。目前電氣改裝配電采用常規配電方式，基于接觸器、繼電器、熔斷器等器件的熱保護方式。其弊端是機上敷設電纜的重量大，電網敷設復雜，而且該配電方式僅對負載熱保護，不能實時監測負載用電信息。

目前先進飛機電網已經開始采用分布式、智能化的配電方式，而其作為試驗機電源系統的一個部分，也應適應這一發展趨勢。針對某大型試驗機改裝來說，全機加裝測試設備多而且安裝區域分散，若采用常規配電方式，會對飛機電網帶來許多弊端，為了對全機測試系統負載進行更好的管理，適應未來先進飛機的配電系統，特提出測試系統負載配電管理的設計方法，即分布式、智能化的配電管理，該設計方法不但能夠提高配電系統的可監控性，而且減重效果明顯，非常適用于大型飛機的測試系統配電改裝。

1 系統設計

1.1 系統設計思路

測試系統改裝電氣負載管理的設計，應依據先進飛機的分布式、智能化配電技術，并結合試驗機測試系統改裝電氣配電的特點來提出。

分布式、智能化配電特點是：采用分布式匯流條和負載自動管理技術。用電設備可以就近與配電匯流條相連，由計算機通過多路傳輸數據總線傳遞控制信號和狀態信息，經固態功率控制器對負載進行控制和保護。

試驗機測試系統電氣改裝負載配電的特點是：測試系統改裝負載與原機電網必須隔離保護；測試系統改裝負載使用電源類型的多樣化（如：直流 28 V、單相/三相交流115 V、交流220 V等）；測試系統負載供電采用開關集中控制，并對每條支路負載實現過流保護。

由上述分析得出，應對常規集中式配電方式進行改進優化，即采用集中控制，分布式、智能化配電來實現。這種新的配電方式既能滿足全機改裝設備、傳感器的供電需求，又能夠實現負載的自動控制與管理功能，它的未來應用對飛機安全飛行、成功執行試飛科目起著關鍵的作用。

1.2 系統設計組成

測試系統改裝電氣負載管理是一種基于固態器件的計算機控制配電系統。系統設計成三級結構：一級配電系統是顯控系統；二級配電系統是負載管理中心（控制計算機）；三級配電系統是固態功率控制器（SSPC）。這三級配電系統相互連接，并通過總線相互通信，完成對負載的配電管理。系統框圖如圖1所示（圖中實線表示電氣線路，虛線表示總線線路）。

固態功率控制器是負載管理的主要執行器件，可根據負載的集中分布點，選擇在試驗機上安裝的區域和數量，由于固態功率控制器設計小型化，便于分區域安裝在飛機的各個艙位，測試系統負載即可就近引電。

1.3 系統各部分工作原理

測試系統負載管理三級控制中，負載管理中心根據顯控系統的操作指令，向固態功率控制器傳輸控制指令；固態功率控制器根據指令，控制各個支路負載的接通和斷開，并將各支路用電信息傳回負載管理中心；負載管理中心根據負載用電信息，向顯控系統實時傳輸數據；顯控系統顯示各負載的用電信息和故障信息。整個系統在故障情況下可以重新配置，提高了自動化、可視化、維護性和可靠性。

1.4 系統各部分功能

（1）顯控系統負責與用戶建立友好的操作及顯示界面，顯示各個支路的負載用電信息，設置用電負載的電流參數值，提示各支路供電故障原因等。

（2）負載管理中心負責控制整個供電系統，主要包含系統狀態獲取，實現故障判斷、通訊任務、供電請求任務、數據存儲任務等。

（3）固態功率控制器負責控制用電負載的接通、斷開，采集負載電流、電壓信號，與處理機進行實時通信。

2 系統主要性能及特點

測試系統改裝電氣負載管理必須保證輸出到各個負載的電能符合質量要求。該系統與常規配電系統相比較，主要優勢有：提高了測試系統負載供電可靠性，能夠及時發現故障和預測故障，在飛機應急或故障狀態下，根據負載的優先級自動完成負載的切除，并保證向關鍵測試設備提供不中斷供電；提高維護性，地面維護人員可以根據故障信息很快判斷出故障點及原因；固態功率控制器可分區域配電，大大減少了饋電線路的密集程度。

3 系統的驗證試驗

經過論證分析，系統已設計完成，需要對該系統的功能、性能進行可靠性驗證，驗證試驗通過兩個階段完成：

第一個階段，進行地面試驗驗證。通過組建地面試驗設備，模擬負載的自動控制過程，對系統的各個功能（如實時監控、過流保護、遠程控制等）進行驗證。試驗設備包括：可調直流電源1臺、自動保護開關、電氣負載管理系統（包括顯示控制屏、負載管理中心、固態功率控制器）、萬用表、固定電阻負載、可調電阻負載等。

第二個階段，進行真實機載環境下的試驗驗證。通過設計機上驗證線路圖，選擇小電流測試系統負載和可調電阻負載，對系統的各個功能進行驗證。試驗選擇載機為某型運輸機，試驗設備包括：電氣負載管理系統機柜、固態功率控制器、萬用表等。

目前，試驗機測試系統改裝電氣負載管理系統已經完成這兩個階段的驗證，系統運行穩定可靠，遠程控制功能正確，可以應用于未來實際工作中。

4 系統的應用前景

試驗機測試系統改裝電氣負載管理是基于大型飛機先進電源管理系統設計的，充分發揮了分布式、固態配電系統的優勢，是發展的必然趨勢。這種分區域、分級的負載管理方式有利于大型試驗機改裝電源系統配電設計，該系統的成功應用將使改裝電氣設計的自動化管理水平達到一個質的飛躍，也為實現未來全固態配電設計打下基礎。

參考文獻

[1] 禹興華，呂永建.先進飛機自動配電系統的設計基礎研究[J].計算機測量與控制，2007（1）.

[2] 謝拴勤.葉留義.一種航空直流固態功率控制器的設計[J].計算機測量與控制，2010，18（7）：1553-1556.

[3] 劉鳴威.高艷霞.飛機電氣負載管理中心的設計研究[J].儀表技術，2011（1）.endprint

摘 要：該文通過分析先進飛機的電氣電源管理系統，依據大型試驗機測試系統電氣設計改裝工作的實際情況，提出測試系統負載管理的設計方法。

關鍵詞：分布式 負載管理 固態配電

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0179-02

試驗機測試系統改裝是指為了對試驗機進行各類試飛測試任務而進行的設計改裝工作，測試系統電氣設計改裝是指對試驗機加裝的各類測試系統設備進行合理配電設計、電纜制作、電纜敷設等工作。目前電氣改裝配電采用常規配電方式，基于接觸器、繼電器、熔斷器等器件的熱保護方式。其弊端是機上敷設電纜的重量大，電網敷設復雜，而且該配電方式僅對負載熱保護，不能實時監測負載用電信息。

目前先進飛機電網已經開始采用分布式、智能化的配電方式，而其作為試驗機電源系統的一個部分，也應適應這一發展趨勢。針對某大型試驗機改裝來說，全機加裝測試設備多而且安裝區域分散，若采用常規配電方式，會對飛機電網帶來許多弊端，為了對全機測試系統負載進行更好的管理，適應未來先進飛機的配電系統，特提出測試系統負載配電管理的設計方法，即分布式、智能化的配電管理，該設計方法不但能夠提高配電系統的可監控性，而且減重效果明顯，非常適用于大型飛機的測試系統配電改裝。

1 系統設計

1.1 系統設計思路

測試系統改裝電氣負載管理的設計，應依據先進飛機的分布式、智能化配電技術，并結合試驗機測試系統改裝電氣配電的特點來提出。

分布式、智能化配電特點是：采用分布式匯流條和負載自動管理技術。用電設備可以就近與配電匯流條相連，由計算機通過多路傳輸數據總線傳遞控制信號和狀態信息，經固態功率控制器對負載進行控制和保護。

試驗機測試系統電氣改裝負載配電的特點是：測試系統改裝負載與原機電網必須隔離保護；測試系統改裝負載使用電源類型的多樣化（如：直流 28 V、單相/三相交流115 V、交流220 V等）；測試系統負載供電采用開關集中控制，并對每條支路負載實現過流保護。

由上述分析得出，應對常規集中式配電方式進行改進優化，即采用集中控制，分布式、智能化配電來實現。這種新的配電方式既能滿足全機改裝設備、傳感器的供電需求，又能夠實現負載的自動控制與管理功能，它的未來應用對飛機安全飛行、成功執行試飛科目起著關鍵的作用。

1.2 系統設計組成

測試系統改裝電氣負載管理是一種基于固態器件的計算機控制配電系統。系統設計成三級結構：一級配電系統是顯控系統；二級配電系統是負載管理中心（控制計算機）；三級配電系統是固態功率控制器（SSPC）。這三級配電系統相互連接，并通過總線相互通信，完成對負載的配電管理。系統框圖如圖1所示（圖中實線表示電氣線路，虛線表示總線線路）。

固態功率控制器是負載管理的主要執行器件，可根據負載的集中分布點，選擇在試驗機上安裝的區域和數量，由于固態功率控制器設計小型化，便于分區域安裝在飛機的各個艙位，測試系統負載即可就近引電。

1.3 系統各部分工作原理

測試系統負載管理三級控制中，負載管理中心根據顯控系統的操作指令，向固態功率控制器傳輸控制指令；固態功率控制器根據指令，控制各個支路負載的接通和斷開，并將各支路用電信息傳回負載管理中心；負載管理中心根據負載用電信息，向顯控系統實時傳輸數據；顯控系統顯示各負載的用電信息和故障信息。整個系統在故障情況下可以重新配置，提高了自動化、可視化、維護性和可靠性。

1.4 系統各部分功能

（1）顯控系統負責與用戶建立友好的操作及顯示界面，顯示各個支路的負載用電信息，設置用電負載的電流參數值，提示各支路供電故障原因等。

（2）負載管理中心負責控制整個供電系統，主要包含系統狀態獲取，實現故障判斷、通訊任務、供電請求任務、數據存儲任務等。

（3）固態功率控制器負責控制用電負載的接通、斷開，采集負載電流、電壓信號，與處理機進行實時通信。

2 系統主要性能及特點

測試系統改裝電氣負載管理必須保證輸出到各個負載的電能符合質量要求。該系統與常規配電系統相比較，主要優勢有：提高了測試系統負載供電可靠性，能夠及時發現故障和預測故障，在飛機應急或故障狀態下，根據負載的優先級自動完成負載的切除，并保證向關鍵測試設備提供不中斷供電；提高維護性，地面維護人員可以根據故障信息很快判斷出故障點及原因；固態功率控制器可分區域配電，大大減少了饋電線路的密集程度。

3 系統的驗證試驗

經過論證分析，系統已設計完成，需要對該系統的功能、性能進行可靠性驗證，驗證試驗通過兩個階段完成：

第一個階段，進行地面試驗驗證。通過組建地面試驗設備，模擬負載的自動控制過程，對系統的各個功能（如實時監控、過流保護、遠程控制等）進行驗證。試驗設備包括：可調直流電源1臺、自動保護開關、電氣負載管理系統（包括顯示控制屏、負載管理中心、固態功率控制器）、萬用表、固定電阻負載、可調電阻負載等。

第二個階段，進行真實機載環境下的試驗驗證。通過設計機上驗證線路圖，選擇小電流測試系統負載和可調電阻負載，對系統的各個功能進行驗證。試驗選擇載機為某型運輸機，試驗設備包括：電氣負載管理系統機柜、固態功率控制器、萬用表等。

目前，試驗機測試系統改裝電氣負載管理系統已經完成這兩個階段的驗證，系統運行穩定可靠，遠程控制功能正確，可以應用于未來實際工作中。

4 系統的應用前景

試驗機測試系統改裝電氣負載管理是基于大型飛機先進電源管理系統設計的，充分發揮了分布式、固態配電系統的優勢，是發展的必然趨勢。這種分區域、分級的負載管理方式有利于大型試驗機改裝電源系統配電設計，該系統的成功應用將使改裝電氣設計的自動化管理水平達到一個質的飛躍，也為實現未來全固態配電設計打下基礎。

參考文獻

[1] 禹興華，呂永建.先進飛機自動配電系統的設計基礎研究[J].計算機測量與控制，2007（1）.

[2] 謝拴勤.葉留義.一種航空直流固態功率控制器的設計[J].計算機測量與控制，2010，18（7）：1553-1556.

[3] 劉鳴威.高艷霞.飛機電氣負載管理中心的設計研究[J].儀表技術，2011（1）.endprint