電氣系統大型試驗測試控制模式研究

中國運載火箭技術研究院研究發展中心 李海偉 楊友超 張 翔 潘江江 姜 爽

電氣系統大型試驗測試控制模式研究

中國運載火箭技術研究院研究發展中心 李海偉 楊友超 張 翔 潘江江 姜 爽

【摘要】介紹了電氣系統大型試驗中航空航天領域測試控制模式。通過對導彈、火箭和衛星上成熟的測控技術進行了研究，提出了自動為主、手動為輔的綜合控制模式；通過對并發分布式測控架構的研究，闡述了基于該架構的綜合測控模式，提高了測控的可靠性、安全性和測試效率，建議在電氣系統大型試驗頂層設計中予以推廣應用。

【關鍵詞】電氣系統；測試控制；模式；可靠性

0 概述

在電氣系統大型試驗中，測試與控制綜合為一體化，控制模式可分為手動和自動控制，分布式和集中式控制、并發控制和單發控制等幾種形式。通過測試獲得必要的信息，綜合判斷信息后，進行自動控制和手動控制模式。自動控制用于閉環測試，手動控制可以實現開環測試。通過綜合閉環和開環測試的優點，建立基于分布式架構的綜合測試模式，提高測試控制的可靠性、安全性和測試效率。

1 航空領域測控模式

航空領域飛機上測試多采用機內測試（Built-in Test，BIT）。BIT是系統、設備內部提供的檢測、隔離故障的自動測試能力。在測試過程中發現故障，多采用自動控制模式，將主機切換到備機，或主模塊切換到備份模塊。波音787飛機建立了飛機信息與維護系統，通過該系統可以實現機上數據實時收集、故障處理和顯示，實現故障原因分析以消除級聯故障，實現飛行面板效應與系統故障的關聯，實現網絡傳送數據到地面維護系統，擴展診斷和預測分析等功能。

機內測試的特點是：故障診斷速度快，故障檢測時間短，檢測效率高；人為誘發的故障大大減少；測試維修人員的數量和技術等級要求降低；對保障設備、通用測試設備等要求也大大降低；多級分布式設計實現對系統、模塊、芯片級的測試、檢測和故障診斷；BIT能夠檢測深層次的故障，系統的任務可靠度得到大幅提高。

2 航天領域測控模式

2.1 導彈測控技術

VEM總線在儀器領域的擴展稱之為VXI總線（VEMbus Extension for Instrumentation的縮寫）。VEM總線僅僅具有其總線自身的標準，缺乏與其他設備配套的標準。VXI總線的相關規范標準所有儀器廠家可以公開使用，與現有工業標準兼容，更加完整健全［1］。

使用VXI總線搭建的導彈測控系統采用模塊化、標準化和通用化的設計理念，具備擴展性和靈活適用的特點，一般組成框圖見圖1。

圖1 使用VXI總線搭建的導彈測控系統組成框圖

使用VXI總線搭建的導彈測發控系統一般由O槽控制器、數字萬用表和多路轉換器和多路開關量輸入模件等設備組成，主要實現狀態監視、控制和測量等功能。由多路開關量輸入模件完成對被測控設備的狀態監視，并在出現異常時進行報警等操作；多路開關量輸入模件以及由它們所驅動的負載中的執行機構完成對被測設備的狀態設置、狀態切換、設備的啟動/停止，使設備處于某種工作狀態；在多路開關量輸入模件的配合下由數字萬用表完成測量直流電壓、交流電壓、電阻等信號。多路開關量輸入模件工作方式有兩種，即查詢方式和中斷方式。

2.2 火箭測控技術

火箭上測控系統有三項技術需要解決：基于COTS（Commercial Off The Shelf）組件的系統集成技術、測控接口標準化設計和測發控軟件通用化設計。其中測控軟件通用化設計是測控系統通用化設計的重點和難點。

軟件設計中需要考慮自動測控和手動測控的區別。通過手動和自動控制相結合的方法，提高測控的可靠性。

2.3 衛星測控技術

衛星測控技術分為開環和閉環兩種方式，其中人在回路判讀的方式為開環測試；由計算機自動判讀后執行測試動作的方式為閉環測試。測試的基本過程如圖2所示，通過上行鏈路對被測對象進行激勵和控制，通過下行鏈路對其響應進行收集。

圖2 測試原理圖

圖3 測試原理圖

衛星測試中包含兩個主要環路：遙測/遙控（TM/TC）環和分系統測試環。前者同衛星在軌運行時的測控環路相同，后則使用分系統測試設備產生的上行激勵信號經測試專用線送到星上分系統，分系統響應后在遙測參數上進行判讀（見圖3）。

3 控制模式研究

通過對航空航天領域大型試驗中測試控制模式的分析研究，有以下啟示：手動控制模式有助于故障排查，詳細跟蹤測試過程，將系統功能和性能測試完整，但是效率較低，不適應大型試驗發射陣地要求快速測試，在發射窗口內完成發射任務。自動控制模式極大地提高了測試效率，但是在重要關鍵的測試結點上，影響可靠安全性的事件觸發條件不能人為干預，不適應大型試驗技術陣地靈活多變的試驗條件要求。

通過采用自動控制模式和手動控制模式相結合方式，在重要關鍵的測試結點上建立人為判定的手動控制，次重要環節采用自動控制模式，即提高了測試效率也保證了測試的可靠性和安全性。

4 并發分布式測控架構

4.1 硬件組成

采用主控計算機和若干臺分布式計算機，采用TCP/IP網絡互聯，上位機采用LabWindows/CVI編程，下位機采用PCI板卡采集數據。并發分布式測控架構采用了多線程實時采集控制，數據保護和通信保證分布式控制技術。

4.2 分布式控制軟件架構

分布式控制軟件有兩種架構：B/S模式和C/S模式。

B/S（Brower/Server，簡稱B/S）模式，通過安裝在客戶機上的通用瀏覽器軟件實現對目標機的訪問，在服務器端實現主要業務邏輯。

C/S（Client/Server，簡稱C/S）模式，安裝了大型數據庫系統如Oracle、Sybase或SQL Server等的高性能微機或小型機作為服務器，在安裝專用軟件的客戶端實現主要業務邏輯［3］。

（1）B/S模式的優勢

B/S模式具有客戶端簡單、開發和維護方便等優勢，適用于發布消息，以廣播形式傳播信息，使得工作效率提高，工作成本降低。

B/S模式下主要業務邏輯在服務器端，當有大量的數據輸入、業務報表輸出時實現較困難，另外大量客戶端訪問時，服務器端會出現負載過重的情況。

（2）C/S模式優勢

相對于B/S模式，C/S模式具有交互性強、網絡通信量低等優勢，并發分布式測控架構建議采用C/S軟件架構。

4.3 基于并發分布式架構的綜合測控模式

綜合測控模式建立在并發分布式控制軟件架構基礎之上，通過手動測控和自動測控相結合的方式進行測試控制，保證電氣系統大型試驗中測控的可靠性和安全性。

5 結束語

介紹了航空航天領域電氣系統大型試驗中測試控制模式，通過對火箭、導彈和衛星地面大型試驗中測試控制技術的研究，分析了自動控制模式和手動控制模式的優缺點，提出了基于分布式控制架構的綜合控制模式，并對分布式控制軟件架構的兩種方式進行了分析比對，給出了基于C/S軟件架構的綜合測控模式，即提高了測試控制的效率，又保證了測控的可靠性和安全性，建議在電氣系統大型試驗頂層設計中予以推廣應用。

參考文獻

［1］楊海瓊.基于VXI總線的導彈地面測發控系統［J］.導彈與航天運載技術，2006（2）.

［2］王慶成.衛星測試中應考慮的幾個問題［J］.航天工程，1998.

［3］王士成.衛星運行控制系統混合模式架構研究［J］.無線電工程信息系統與網絡，2013.

［4］謝永成.機內測試技術綜述［J］.計算機測量與控制，2013（3）.

Research on the Testing&Control Mode of the Large Electric System Experiment

Abstract：Introduce Testing&Control Mode of the Large Electric System Experiment in domestic and overseas.By reaseaching mature Testing&Control technology of missile rocket and satellite，this paper presents integrated Control Mode that anto Control is main amd manual Control is assistant.By reaseaching subsequent distributed Testing&Control artchecture， this paper expounds integrated Testing&Control Mode，improving reliability security and efficiency of test&Control.

Key words：Electric System；Testing&Control；Mode；Reliability

作者簡介：

李海偉（1982—），男，碩士，工程師，研究方向：供配電及測試技術。