基于MDC103的模擬飛控?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與聯(lián)試故障分析

陳新華+尹川+谷士鵬

摘 要：該文依據(jù)某飛行試驗(yàn)測(cè)試任務(wù)的需要，詳細(xì)描述了基于通用采集系統(tǒng)KAM500下的MDC103板卡下模擬飛控?cái)?shù)據(jù)測(cè)試系統(tǒng)的搭建和模擬飛控隔離器的設(shè)計(jì)，并通過(guò)分析模擬飛控的接口電路，解決了地面聯(lián)試中飛控系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間的交聯(lián)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了模擬飛控的數(shù)據(jù)采集，順利保證了型號(hào)任務(wù)。

關(guān)鍵詞：模擬飛控 ?MDC103板卡 ?系統(tǒng)設(shè)計(jì) ?故障分析

中圖分類(lèi)號(hào)：V429 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）11（a）-0081-02

Analog Flight Control Data Acquisition System Design And Associated Test Failure Analysis Based MDC103

Chen Xinhua ?Yin Chuan ?Gu Shipeng

（ Chinese Flight Test Establishment， Xi'an ?Shaanxi，710089，China ）

Abstract：Based on a flight test mission requirements，a detailed description of building flight control data test system based on the use of the MDC103 card under the universal data acquisition KAM 500 system.And solved cross-linked problem between fight control system and data collection system in the associated test by analyzing the flight control system interface circuit，and achieved the analog flight control data collection，to ensure the task successfully.

Key Words：Flight Control Computer;MDC103;System Design;Failure Analysis

飛控計(jì)算機(jī)是飛行器飛行系統(tǒng)的中央控制單元。隨著航空技術(shù)的發(fā)展，飛控計(jì)算機(jī)正向著多功能、低成本、高精度和小型化的方向發(fā)展。通過(guò)其內(nèi)部的控制算法，飛控計(jì)算機(jī)將根據(jù)飛行器自身傳感器測(cè)得的飛機(jī)的姿態(tài)、高度、速度等參數(shù)，對(duì)飛行員的操作或者指令做出適當(dāng)?shù)妮敵鲰憫?yīng)，控制飛行器飛行姿態(tài)，完成飛行員所希望的動(dòng)作。該文主要講述的是在KAM500采集系統(tǒng)下，利用MDC103板卡搭建某型模擬飛控計(jì)算機(jī)的采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及在聯(lián)試時(shí)解決的飛控?cái)?shù)據(jù)無(wú)法采集的問(wèn)題。

1 模擬飛控測(cè)試系統(tǒng)

1.1 模擬飛控計(jì)算機(jī)的測(cè)試接口特性

通過(guò)前期調(diào)研與協(xié)調(diào)，決定通過(guò)預(yù)留的檢測(cè)口對(duì)模擬飛控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，這樣既能夠順利采集模擬飛控的數(shù)據(jù)又不影響飛行器的控制。根據(jù)廠(chǎng)家提供的資料，該型模擬飛控計(jì)算機(jī)檢測(cè)口通道內(nèi)部信號(hào)建立時(shí)間大約為2～3 ms，數(shù)據(jù)輸出是通過(guò)6根地址線(xiàn)以及2根數(shù)據(jù)線(xiàn)來(lái)完成的。飛控計(jì)算機(jī)內(nèi)部通過(guò)判讀地址線(xiàn)的高低電平，將外部的選通地址與其內(nèi)部各個(gè)模擬量所在的內(nèi)部地址進(jìn)行比對(duì)，從而將與之所對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)接通，然后將所需要的模擬量通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)輸出。數(shù)據(jù)線(xiàn)與地址線(xiàn)的電氣特性分別如下所示。

（1）數(shù)據(jù)線(xiàn)信號(hào)輸出特性：①信號(hào)形式：差分;②信號(hào)電平：±10V;

（2）地址選通信號(hào)輸入特性：①每通道6線(xiàn)地址輸出;②輸出形式：地/開(kāi); ?③邏輯電平：“地/開(kāi)”形式，計(jì)算機(jī)內(nèi)部上拉12 V，形成“地/12 V”地址選通信號(hào)。邏輯“0”：0 V，選通地址線(xiàn)與選通源（地）連接;邏輯“1”：開(kāi)路，選通地址線(xiàn)懸空（開(kāi)）。

1.2 模擬飛控采集測(cè)試方案

KAM-500是性能卓越的模塊式PCM數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，符合IRIG-106標(biāo)準(zhǔn)，也滿(mǎn)足民用飛機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)，已被批準(zhǔn)可以應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)載測(cè)試設(shè)備系統(tǒng)。在測(cè)試方案中，針對(duì)模擬飛控測(cè)試接口的電氣特性，筆者選用KAM500數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采用的模塊是MDC系列中的MDC/103板卡。

MDC/103是一塊具有雙通道的采集板卡，每個(gè)通道最多能夠設(shè)置64個(gè)測(cè)試參數(shù)，每個(gè)通道的循環(huán)周期T可選擇從3.2 ms到512 ms，由于每個(gè)通道64個(gè)測(cè)試參數(shù)循環(huán)采集，因此，每個(gè)參數(shù)的采樣時(shí)間t（即地址線(xiàn)選通后最大通訊建立時(shí)間）通過(guò)計(jì)算可以得出：

t=（3.2～512）ms÷64=50u～8ms （1）

滿(mǎn)足模擬飛控計(jì)算機(jī)檢測(cè)口通道循環(huán)時(shí)間大約為2～3 ms的采樣要求。

而MDC/103板卡的數(shù)據(jù)線(xiàn)輸入與模擬飛控?cái)?shù)據(jù)輸出口電氣特性一致，都是±10 V的差分信號(hào)。MDC/103板卡的地址線(xiàn)同樣為6根地址線(xiàn)，但是輸出形式為12 V/接地，12 V邏輯值為“1”，接地邏輯值為“0”。

由于MDC/103板卡的地址線(xiàn)的電氣特性與模擬飛控的地址線(xiàn)的電氣特性不一樣，另外為了防止機(jī)載測(cè)試設(shè)備影響飛機(jī)模擬飛控計(jì)算機(jī)工作狀態(tài)，因此，需要開(kāi)發(fā)一款既實(shí)現(xiàn)地址線(xiàn)的電氣特性轉(zhuǎn)換，又完成與原機(jī)設(shè)備的電氣隔離的模擬飛控匹配隔離器。

1.3 模擬飛控隔離器的設(shè)計(jì)

模擬隔離器的功能主要是將采集設(shè)備輸出的2路（各6位）參數(shù)地址選擇信號(hào)匹配隔離之后以地/開(kāi)的形式傳給模擬飛控計(jì)算機(jī)，選通所需要采集的PAM參數(shù);同時(shí)，接收模擬飛控計(jì)算機(jī)輸出的兩路差分PAM信號(hào)，隔離之后再以差分得形式傳輸給采集器。根據(jù)上述的分析可知，模擬隔離器主要包括兩個(gè)部分，即地址線(xiàn)的匹配隔離輸出和數(shù)據(jù)PAM信號(hào)的隔離輸出。其原理框圖如圖1所示。endprint

1.3.1 電路設(shè)計(jì)

由于PAM信號(hào)輸入輸出都是差動(dòng)±10 V信號(hào)，因此整個(gè)模擬通路的增益為1，所以信號(hào)通路中的各級(jí)電路的增益也都是1。在輸入緩沖電路設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮信號(hào)輸入范圍，信號(hào)建立時(shí)間、增益誤差和工作的溫度范圍，綜合以上因素，筆者選用AD公司的儀表放大器AD8250，其作用是將模擬飛控計(jì)算機(jī)輸出的兩路差分PAM信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)。為了防止高頻信號(hào)干擾，可在信號(hào)的輸入端搭建一個(gè)低通RC濾波網(wǎng)絡(luò)，其信號(hào)帶寬FilterFreq為：

FilterFreq=1/[2πR×（2C1+C2）]

在隔離電路的設(shè)計(jì)上，通過(guò)對(duì)比AD215、AD204、ISO124和ISO120的具體參數(shù)，最終選定電路設(shè)計(jì)采用AD215，雖然AD215的增益誤差較大，但是可通過(guò)后級(jí)的增益調(diào)整電路進(jìn)行修正。根據(jù)AD215的數(shù)據(jù)手冊(cè)，可以得出AD215的增益為1 時(shí)的電路圖如圖2所示。

由于A(yíng)D215的輸出有一定的偏置電壓，所以需要對(duì)其調(diào)零。筆者通過(guò)R3、R4、R5構(gòu)成調(diào)零電路。同時(shí)，為了保證調(diào)零電路的電源精度，調(diào)零電路的電源由基準(zhǔn)電壓電路提供。

增益調(diào)理電路是由OP284組成的典型反向放大器;輸出驅(qū)動(dòng)電路則是利用OP284搭成的典型單端轉(zhuǎn)差分電路。這里不再贅言。整個(gè)隔離器的整個(gè)設(shè)計(jì)原理如圖3所示。

地址線(xiàn)的信號(hào)隔離，筆者通過(guò)三個(gè)ISO7220BD來(lái)實(shí)現(xiàn)。ISO7220BD是一個(gè)雙通道隔離器。由于采用數(shù)字隔離的方式， ISO7220BD輸出的信號(hào)，通過(guò)接入三極管，然后再接入飛控計(jì)算機(jī)測(cè)試端口，由飛控計(jì)算機(jī)的內(nèi)部電路將接地/開(kāi)路上拉為12 V/0V。

1.3.2 信號(hào)建立時(shí)間

由于MDC/103板卡的最小采樣時(shí)間為50 us，因此該型隔離器的信號(hào)建立時(shí)間應(yīng)小于50 us，信號(hào)從輸入到輸出，一共經(jīng)過(guò)了5級(jí)調(diào)理電路，其器件分別是AD8250、AD215和3個(gè)OP284。其中AD8250的信號(hào)建立時(shí)間為615ns，AD215的信號(hào)建立時(shí)間為9 us，OP284的信號(hào)建立時(shí)間為4 us。

因此，隔離器模擬通路的信號(hào)建立時(shí)間T：

T=615ns+9us+4us+4us+4us=21.615us，滿(mǎn)足信號(hào)最短建立時(shí)間50 us的需要。

1.3.3 模擬電路的精度

由于模擬通路設(shè)有增益調(diào)整電路，產(chǎn)品調(diào)試時(shí)可將增益誤差δ控制在需要的范圍之內(nèi)。電路的誤差主要是由于增益溫度漂移和器件輸入失調(diào)電壓產(chǎn)生。

由于增益調(diào)整電路及輸出驅(qū)動(dòng)電路的增益電阻選用的都是高穩(wěn)定性電阻，溫度系數(shù)很小，因此，增益溫度附加的誤差幾乎可以忽略不計(jì)。只計(jì)算輸入失調(diào)電壓以及失調(diào)電壓溫度漂移引起的誤差。

例如：AD8250的精度指標(biāo)如下：

失調(diào)電壓：0.39 mV;

失調(diào)電壓飄移：1.7 uV/℃;

全溫區(qū)增益誤差δ1：0.067%。

由于模擬飛控的使用環(huán)境為-40 ℃～80 ℃;因此，在20 ℃±60 ℃范圍內(nèi)的失調(diào)電壓V=±0.39 mV×1.7 uV/℃×60 ℃=±0.492 mV。

而由失調(diào)電壓帶來(lái)的誤差δ5則為：δ5±0.492mV/20V×100%=0.00246%;

同樣的道理，AD215和OP284的失調(diào)電壓帶來(lái)的誤差δ6和δ7的值分別為0.008%和0.00148%，而整個(gè)電路的精度總誤差為：

δs=±δ（δ12+δ22+δ32+δ42+δ52+δ62+δ72）1/2

=0.133%，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2 聯(lián)試故障現(xiàn)象與分析

2.1 初步分析

按照上述的方案，筆者完成了隔離器的設(shè)計(jì)，并將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與模擬飛控計(jì)算機(jī)進(jìn)行地面聯(lián)試，卻發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)變化。通過(guò)分析聯(lián)試的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示的結(jié)果只是對(duì)最初上電狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的采集，而對(duì)后面的數(shù)據(jù)變化，MDC/103板卡仿佛沒(méi)有采集。降低MDC/103通道的采樣率，現(xiàn)象依舊。將按照技術(shù)協(xié)議設(shè)計(jì)的模擬飛控采集仿真器與KAM500采集系統(tǒng)相連接，數(shù)據(jù)能夠正常采集，證實(shí)采集系統(tǒng)沒(méi)有問(wèn)題，初步判斷故障的原因在模擬飛控的測(cè)試接口。

通過(guò)利用示波器測(cè)量模擬飛控測(cè)試端口的通道建立時(shí)間，發(fā)現(xiàn)從地址線(xiàn)信號(hào)輸入到模擬量信號(hào)輸出的時(shí)間大約為18 ms，而MDC/103板卡單個(gè)通道的采樣時(shí)間（即地址線(xiàn)狀態(tài)跳變最長(zhǎng)時(shí)間）t最大為8 ms，因此當(dāng)MDC/103的地址線(xiàn)發(fā)生跳變時(shí)，模擬飛控測(cè)試端口還處在判讀地址線(xiàn)，等待輸出數(shù)據(jù)值狀態(tài)，而當(dāng)下一個(gè)地址線(xiàn)狀態(tài)輸入的時(shí)候，由于地址線(xiàn)狀態(tài)發(fā)生變化，所以模擬飛控測(cè)試端口重新進(jìn)行判斷，因此測(cè)試端口一直處于判斷地址線(xiàn)的狀態(tài)，從而無(wú)法向外輸出MDC/103所選擇的模擬量參數(shù)。顯然，地面聯(lián)試出錯(cuò)的原因是可以初步定位為是由于測(cè)試端口通道建立時(shí)間偏大所造成的。那么，是什么原因造成通道的建立時(shí)間偏大呢？

2.2 進(jìn)一步分析定位

通過(guò)分析模擬飛控的測(cè)試端口電路，發(fā)現(xiàn)廠(chǎng)家設(shè)計(jì)員為了防止高頻干擾和電壓的抖動(dòng)，在模擬飛控的測(cè)試端口電路設(shè)計(jì)了RC濾波電路和電壓比較器電路，使得通道建立的時(shí)間里包含了電壓比較器的電容充放電時(shí)間和RC濾波的時(shí)間，存在一定的延時(shí)，且延時(shí)時(shí)間大于MDC的最少跳變的時(shí)間8MS，因此，就出現(xiàn)了模擬飛控?cái)?shù)據(jù)無(wú)法采集的現(xiàn)象。由于，模擬飛控測(cè)試端口的技術(shù)指標(biāo)與之前簽署的協(xié)調(diào)紀(jì)要不一致，因此建議廠(chǎng)家優(yōu)化模擬飛控測(cè)試端口設(shè)計(jì)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)與新的飛控計(jì)算機(jī)地面聯(lián)試，隔離盒與MDC/103板卡的配合使用能夠很好的完成模擬飛控計(jì)算機(jī)所發(fā)出的數(shù)據(jù)，在后續(xù)的試飛任務(wù)中也順利保障了試飛數(shù)據(jù)的采集。該測(cè)試方案的成功應(yīng)用，節(jié)省了用于研制專(zhuān)門(mén)的模擬飛控采集器及相關(guān)配套設(shè)備的經(jīng)費(fèi)，創(chuàng)造了較為可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)對(duì)于其它類(lèi)似的選通形式的模擬量的測(cè)量具有一定的工程參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1] ACRA公司.MDC/103板卡使用手冊(cè)[Z].2006.

[2] AD公司.ISO7220英文說(shuō)明書(shū)[Z].

[3] AD公司.AD8253英文說(shuō)明書(shū)[Z].

[4] AD公司.AD215英文說(shuō)明書(shū)[Z].

[2] AD公司.OP284英文說(shuō)明書(shū)[Z].

[5] 童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社，2006.endprint

1.3.1 電路設(shè)計(jì)

由于PAM信號(hào)輸入輸出都是差動(dòng)±10 V信號(hào)，因此整個(gè)模擬通路的增益為1，所以信號(hào)通路中的各級(jí)電路的增益也都是1。在輸入緩沖電路設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮信號(hào)輸入范圍，信號(hào)建立時(shí)間、增益誤差和工作的溫度范圍，綜合以上因素，筆者選用AD公司的儀表放大器AD8250，其作用是將模擬飛控計(jì)算機(jī)輸出的兩路差分PAM信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)。為了防止高頻信號(hào)干擾，可在信號(hào)的輸入端搭建一個(gè)低通RC濾波網(wǎng)絡(luò)，其信號(hào)帶寬FilterFreq為：

FilterFreq=1/[2πR×（2C1+C2）]

在隔離電路的設(shè)計(jì)上，通過(guò)對(duì)比AD215、AD204、ISO124和ISO120的具體參數(shù)，最終選定電路設(shè)計(jì)采用AD215，雖然AD215的增益誤差較大，但是可通過(guò)后級(jí)的增益調(diào)整電路進(jìn)行修正。根據(jù)AD215的數(shù)據(jù)手冊(cè)，可以得出AD215的增益為1 時(shí)的電路圖如圖2所示。

由于A(yíng)D215的輸出有一定的偏置電壓，所以需要對(duì)其調(diào)零。筆者通過(guò)R3、R4、R5構(gòu)成調(diào)零電路。同時(shí)，為了保證調(diào)零電路的電源精度，調(diào)零電路的電源由基準(zhǔn)電壓電路提供。

增益調(diào)理電路是由OP284組成的典型反向放大器;輸出驅(qū)動(dòng)電路則是利用OP284搭成的典型單端轉(zhuǎn)差分電路。這里不再贅言。整個(gè)隔離器的整個(gè)設(shè)計(jì)原理如圖3所示。

地址線(xiàn)的信號(hào)隔離，筆者通過(guò)三個(gè)ISO7220BD來(lái)實(shí)現(xiàn)。ISO7220BD是一個(gè)雙通道隔離器。由于采用數(shù)字隔離的方式， ISO7220BD輸出的信號(hào)，通過(guò)接入三極管，然后再接入飛控計(jì)算機(jī)測(cè)試端口，由飛控計(jì)算機(jī)的內(nèi)部電路將接地/開(kāi)路上拉為12 V/0V。

1.3.2 信號(hào)建立時(shí)間

由于MDC/103板卡的最小采樣時(shí)間為50 us，因此該型隔離器的信號(hào)建立時(shí)間應(yīng)小于50 us，信號(hào)從輸入到輸出，一共經(jīng)過(guò)了5級(jí)調(diào)理電路，其器件分別是AD8250、AD215和3個(gè)OP284。其中AD8250的信號(hào)建立時(shí)間為615ns，AD215的信號(hào)建立時(shí)間為9 us，OP284的信號(hào)建立時(shí)間為4 us。

因此，隔離器模擬通路的信號(hào)建立時(shí)間T：

T=615ns+9us+4us+4us+4us=21.615us，滿(mǎn)足信號(hào)最短建立時(shí)間50 us的需要。

1.3.3 模擬電路的精度

由于模擬通路設(shè)有增益調(diào)整電路，產(chǎn)品調(diào)試時(shí)可將增益誤差δ控制在需要的范圍之內(nèi)。電路的誤差主要是由于增益溫度漂移和器件輸入失調(diào)電壓產(chǎn)生。

由于增益調(diào)整電路及輸出驅(qū)動(dòng)電路的增益電阻選用的都是高穩(wěn)定性電阻，溫度系數(shù)很小，因此，增益溫度附加的誤差幾乎可以忽略不計(jì)。只計(jì)算輸入失調(diào)電壓以及失調(diào)電壓溫度漂移引起的誤差。

例如：AD8250的精度指標(biāo)如下：

失調(diào)電壓：0.39 mV;

失調(diào)電壓飄移：1.7 uV/℃;

全溫區(qū)增益誤差δ1：0.067%。

由于模擬飛控的使用環(huán)境為-40 ℃～80 ℃;因此，在20 ℃±60 ℃范圍內(nèi)的失調(diào)電壓V=±0.39 mV×1.7 uV/℃×60 ℃=±0.492 mV。

而由失調(diào)電壓帶來(lái)的誤差δ5則為：δ5±0.492mV/20V×100%=0.00246%;

同樣的道理，AD215和OP284的失調(diào)電壓帶來(lái)的誤差δ6和δ7的值分別為0.008%和0.00148%，而整個(gè)電路的精度總誤差為：

δs=±δ（δ12+δ22+δ32+δ42+δ52+δ62+δ72）1/2

=0.133%，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2 聯(lián)試故障現(xiàn)象與分析

2.1 初步分析

按照上述的方案，筆者完成了隔離器的設(shè)計(jì)，并將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與模擬飛控計(jì)算機(jī)進(jìn)行地面聯(lián)試，卻發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)變化。通過(guò)分析聯(lián)試的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示的結(jié)果只是對(duì)最初上電狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的采集，而對(duì)后面的數(shù)據(jù)變化，MDC/103板卡仿佛沒(méi)有采集。降低MDC/103通道的采樣率，現(xiàn)象依舊。將按照技術(shù)協(xié)議設(shè)計(jì)的模擬飛控采集仿真器與KAM500采集系統(tǒng)相連接，數(shù)據(jù)能夠正常采集，證實(shí)采集系統(tǒng)沒(méi)有問(wèn)題，初步判斷故障的原因在模擬飛控的測(cè)試接口。

通過(guò)利用示波器測(cè)量模擬飛控測(cè)試端口的通道建立時(shí)間，發(fā)現(xiàn)從地址線(xiàn)信號(hào)輸入到模擬量信號(hào)輸出的時(shí)間大約為18 ms，而MDC/103板卡單個(gè)通道的采樣時(shí)間（即地址線(xiàn)狀態(tài)跳變最長(zhǎng)時(shí)間）t最大為8 ms，因此當(dāng)MDC/103的地址線(xiàn)發(fā)生跳變時(shí)，模擬飛控測(cè)試端口還處在判讀地址線(xiàn)，等待輸出數(shù)據(jù)值狀態(tài)，而當(dāng)下一個(gè)地址線(xiàn)狀態(tài)輸入的時(shí)候，由于地址線(xiàn)狀態(tài)發(fā)生變化，所以模擬飛控測(cè)試端口重新進(jìn)行判斷，因此測(cè)試端口一直處于判斷地址線(xiàn)的狀態(tài)，從而無(wú)法向外輸出MDC/103所選擇的模擬量參數(shù)。顯然，地面聯(lián)試出錯(cuò)的原因是可以初步定位為是由于測(cè)試端口通道建立時(shí)間偏大所造成的。那么，是什么原因造成通道的建立時(shí)間偏大呢？

2.2 進(jìn)一步分析定位

通過(guò)分析模擬飛控的測(cè)試端口電路，發(fā)現(xiàn)廠(chǎng)家設(shè)計(jì)員為了防止高頻干擾和電壓的抖動(dòng)，在模擬飛控的測(cè)試端口電路設(shè)計(jì)了RC濾波電路和電壓比較器電路，使得通道建立的時(shí)間里包含了電壓比較器的電容充放電時(shí)間和RC濾波的時(shí)間，存在一定的延時(shí)，且延時(shí)時(shí)間大于MDC的最少跳變的時(shí)間8MS，因此，就出現(xiàn)了模擬飛控?cái)?shù)據(jù)無(wú)法采集的現(xiàn)象。由于，模擬飛控測(cè)試端口的技術(shù)指標(biāo)與之前簽署的協(xié)調(diào)紀(jì)要不一致，因此建議廠(chǎng)家優(yōu)化模擬飛控測(cè)試端口設(shè)計(jì)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)與新的飛控計(jì)算機(jī)地面聯(lián)試，隔離盒與MDC/103板卡的配合使用能夠很好的完成模擬飛控計(jì)算機(jī)所發(fā)出的數(shù)據(jù)，在后續(xù)的試飛任務(wù)中也順利保障了試飛數(shù)據(jù)的采集。該測(cè)試方案的成功應(yīng)用，節(jié)省了用于研制專(zhuān)門(mén)的模擬飛控采集器及相關(guān)配套設(shè)備的經(jīng)費(fèi)，創(chuàng)造了較為可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)對(duì)于其它類(lèi)似的選通形式的模擬量的測(cè)量具有一定的工程參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1] ACRA公司.MDC/103板卡使用手冊(cè)[Z].2006.

[2] AD公司.ISO7220英文說(shuō)明書(shū)[Z].

[3] AD公司.AD8253英文說(shuō)明書(shū)[Z].

[4] AD公司.AD215英文說(shuō)明書(shū)[Z].

[2] AD公司.OP284英文說(shuō)明書(shū)[Z].

[5] 童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社，2006.endprint

1.3.1 電路設(shè)計(jì)

由于PAM信號(hào)輸入輸出都是差動(dòng)±10 V信號(hào)，因此整個(gè)模擬通路的增益為1，所以信號(hào)通路中的各級(jí)電路的增益也都是1。在輸入緩沖電路設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮信號(hào)輸入范圍，信號(hào)建立時(shí)間、增益誤差和工作的溫度范圍，綜合以上因素，筆者選用AD公司的儀表放大器AD8250，其作用是將模擬飛控計(jì)算機(jī)輸出的兩路差分PAM信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端信號(hào)。為了防止高頻信號(hào)干擾，可在信號(hào)的輸入端搭建一個(gè)低通RC濾波網(wǎng)絡(luò)，其信號(hào)帶寬FilterFreq為：

FilterFreq=1/[2πR×（2C1+C2）]

在隔離電路的設(shè)計(jì)上，通過(guò)對(duì)比AD215、AD204、ISO124和ISO120的具體參數(shù)，最終選定電路設(shè)計(jì)采用AD215，雖然AD215的增益誤差較大，但是可通過(guò)后級(jí)的增益調(diào)整電路進(jìn)行修正。根據(jù)AD215的數(shù)據(jù)手冊(cè)，可以得出AD215的增益為1 時(shí)的電路圖如圖2所示。

由于A(yíng)D215的輸出有一定的偏置電壓，所以需要對(duì)其調(diào)零。筆者通過(guò)R3、R4、R5構(gòu)成調(diào)零電路。同時(shí)，為了保證調(diào)零電路的電源精度，調(diào)零電路的電源由基準(zhǔn)電壓電路提供。

增益調(diào)理電路是由OP284組成的典型反向放大器;輸出驅(qū)動(dòng)電路則是利用OP284搭成的典型單端轉(zhuǎn)差分電路。這里不再贅言。整個(gè)隔離器的整個(gè)設(shè)計(jì)原理如圖3所示。

地址線(xiàn)的信號(hào)隔離，筆者通過(guò)三個(gè)ISO7220BD來(lái)實(shí)現(xiàn)。ISO7220BD是一個(gè)雙通道隔離器。由于采用數(shù)字隔離的方式， ISO7220BD輸出的信號(hào)，通過(guò)接入三極管，然后再接入飛控計(jì)算機(jī)測(cè)試端口，由飛控計(jì)算機(jī)的內(nèi)部電路將接地/開(kāi)路上拉為12 V/0V。

1.3.2 信號(hào)建立時(shí)間

由于MDC/103板卡的最小采樣時(shí)間為50 us，因此該型隔離器的信號(hào)建立時(shí)間應(yīng)小于50 us，信號(hào)從輸入到輸出，一共經(jīng)過(guò)了5級(jí)調(diào)理電路，其器件分別是AD8250、AD215和3個(gè)OP284。其中AD8250的信號(hào)建立時(shí)間為615ns，AD215的信號(hào)建立時(shí)間為9 us，OP284的信號(hào)建立時(shí)間為4 us。

因此，隔離器模擬通路的信號(hào)建立時(shí)間T：

T=615ns+9us+4us+4us+4us=21.615us，滿(mǎn)足信號(hào)最短建立時(shí)間50 us的需要。

1.3.3 模擬電路的精度

由于模擬通路設(shè)有增益調(diào)整電路，產(chǎn)品調(diào)試時(shí)可將增益誤差δ控制在需要的范圍之內(nèi)。電路的誤差主要是由于增益溫度漂移和器件輸入失調(diào)電壓產(chǎn)生。

由于增益調(diào)整電路及輸出驅(qū)動(dòng)電路的增益電阻選用的都是高穩(wěn)定性電阻，溫度系數(shù)很小，因此，增益溫度附加的誤差幾乎可以忽略不計(jì)。只計(jì)算輸入失調(diào)電壓以及失調(diào)電壓溫度漂移引起的誤差。

例如：AD8250的精度指標(biāo)如下：

失調(diào)電壓：0.39 mV;

失調(diào)電壓飄移：1.7 uV/℃;

全溫區(qū)增益誤差δ1：0.067%。

由于模擬飛控的使用環(huán)境為-40 ℃～80 ℃;因此，在20 ℃±60 ℃范圍內(nèi)的失調(diào)電壓V=±0.39 mV×1.7 uV/℃×60 ℃=±0.492 mV。

而由失調(diào)電壓帶來(lái)的誤差δ5則為：δ5±0.492mV/20V×100%=0.00246%;

同樣的道理，AD215和OP284的失調(diào)電壓帶來(lái)的誤差δ6和δ7的值分別為0.008%和0.00148%，而整個(gè)電路的精度總誤差為：

δs=±δ（δ12+δ22+δ32+δ42+δ52+δ62+δ72）1/2

=0.133%，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

2 聯(lián)試故障現(xiàn)象與分析

2.1 初步分析

按照上述的方案，筆者完成了隔離器的設(shè)計(jì)，并將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與模擬飛控計(jì)算機(jī)進(jìn)行地面聯(lián)試，卻發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)無(wú)變化。通過(guò)分析聯(lián)試的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示的結(jié)果只是對(duì)最初上電狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的采集，而對(duì)后面的數(shù)據(jù)變化，MDC/103板卡仿佛沒(méi)有采集。降低MDC/103通道的采樣率，現(xiàn)象依舊。將按照技術(shù)協(xié)議設(shè)計(jì)的模擬飛控采集仿真器與KAM500采集系統(tǒng)相連接，數(shù)據(jù)能夠正常采集，證實(shí)采集系統(tǒng)沒(méi)有問(wèn)題，初步判斷故障的原因在模擬飛控的測(cè)試接口。

通過(guò)利用示波器測(cè)量模擬飛控測(cè)試端口的通道建立時(shí)間，發(fā)現(xiàn)從地址線(xiàn)信號(hào)輸入到模擬量信號(hào)輸出的時(shí)間大約為18 ms，而MDC/103板卡單個(gè)通道的采樣時(shí)間（即地址線(xiàn)狀態(tài)跳變最長(zhǎng)時(shí)間）t最大為8 ms，因此當(dāng)MDC/103的地址線(xiàn)發(fā)生跳變時(shí)，模擬飛控測(cè)試端口還處在判讀地址線(xiàn)，等待輸出數(shù)據(jù)值狀態(tài)，而當(dāng)下一個(gè)地址線(xiàn)狀態(tài)輸入的時(shí)候，由于地址線(xiàn)狀態(tài)發(fā)生變化，所以模擬飛控測(cè)試端口重新進(jìn)行判斷，因此測(cè)試端口一直處于判斷地址線(xiàn)的狀態(tài)，從而無(wú)法向外輸出MDC/103所選擇的模擬量參數(shù)。顯然，地面聯(lián)試出錯(cuò)的原因是可以初步定位為是由于測(cè)試端口通道建立時(shí)間偏大所造成的。那么，是什么原因造成通道的建立時(shí)間偏大呢？

2.2 進(jìn)一步分析定位

通過(guò)分析模擬飛控的測(cè)試端口電路，發(fā)現(xiàn)廠(chǎng)家設(shè)計(jì)員為了防止高頻干擾和電壓的抖動(dòng)，在模擬飛控的測(cè)試端口電路設(shè)計(jì)了RC濾波電路和電壓比較器電路，使得通道建立的時(shí)間里包含了電壓比較器的電容充放電時(shí)間和RC濾波的時(shí)間，存在一定的延時(shí)，且延時(shí)時(shí)間大于MDC的最少跳變的時(shí)間8MS，因此，就出現(xiàn)了模擬飛控?cái)?shù)據(jù)無(wú)法采集的現(xiàn)象。由于，模擬飛控測(cè)試端口的技術(shù)指標(biāo)與之前簽署的協(xié)調(diào)紀(jì)要不一致，因此建議廠(chǎng)家優(yōu)化模擬飛控測(cè)試端口設(shè)計(jì)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)與新的飛控計(jì)算機(jī)地面聯(lián)試，隔離盒與MDC/103板卡的配合使用能夠很好的完成模擬飛控計(jì)算機(jī)所發(fā)出的數(shù)據(jù)，在后續(xù)的試飛任務(wù)中也順利保障了試飛數(shù)據(jù)的采集。該測(cè)試方案的成功應(yīng)用，節(jié)省了用于研制專(zhuān)門(mén)的模擬飛控采集器及相關(guān)配套設(shè)備的經(jīng)費(fèi)，創(chuàng)造了較為可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)對(duì)于其它類(lèi)似的選通形式的模擬量的測(cè)量具有一定的工程參考意義。

參考文獻(xiàn)

[1] ACRA公司.MDC/103板卡使用手冊(cè)[Z].2006.

[2] AD公司.ISO7220英文說(shuō)明書(shū)[Z].

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[4] AD公司.AD215英文說(shuō)明書(shū)[Z].

[2] AD公司.OP284英文說(shuō)明書(shū)[Z].

[5] 童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社，2006.endprint