導(dǎo)語(yǔ)：發(fā)動(dòng)機(jī)地面控制單元設(shè)計(jì)分析一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

隨著我國(guó)航空航天科技的發(fā)展與軍民融合發(fā)展戰(zhàn)略的不斷推進(jìn)，微型渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)在現(xiàn)代軍事及民用航空航天領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。而隨著現(xiàn)代世界武器裝備技術(shù)的不斷更新和發(fā)展，對(duì)于小型航空渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)配套控制技術(shù)的發(fā)展也隨之經(jīng)歷了空前的變化。在此以某小型航空渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)為控制原型，通過(guò)完成該型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)配套測(cè)試地面控制單元系統(tǒng)，協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)引擎控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在全自動(dòng)模式和手動(dòng)模式下的自持運(yùn)行，同時(shí)將采集發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行工況信息上傳至PC端上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析，完成發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架測(cè)試試驗(yàn)。

1系統(tǒng)工作原理

本地面控制單元由由發(fā)動(dòng)機(jī)控制輸出部分、顯示輸出及通信部分、PC端上位機(jī)軟件等4個(gè)部分構(gòu)成。具體的工作原理如下：發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)采集發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的工況信息，并通過(guò)RS485發(fā)送至地面控制單元，通過(guò)液晶顯示器進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示；地面控制單元實(shí)時(shí)采集工作平臺(tái)上的多路模擬量和開(kāi)關(guān)量，作為控制參數(shù)通過(guò)RS485接口下發(fā)至發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)調(diào)器，進(jìn)而發(fā)動(dòng)機(jī)的自持運(yùn)行。同時(shí)，地面控制單元通過(guò)RS232接口將發(fā)動(dòng)機(jī)工況信息發(fā)送至PC上位機(jī)，通過(guò)上位機(jī)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)和分析。系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。

2控制單元硬件設(shè)計(jì)

控制器硬件由CPU模塊、多路AD采集模塊、開(kāi)關(guān)控制模塊、RS485通信模塊、RS232通信模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、顯示模塊等構(gòu)成，硬件框圖如圖2所示。2.1CPU模塊發(fā)動(dòng)機(jī)地面控制單元硬件主控系統(tǒng)采用。STM32F103ZET6芯片，這是ST旗下的一款以Cor-texTM-M4為內(nèi)核的增強(qiáng)型微控制器。針對(duì)小型航空渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)地面控制單元的設(shè)計(jì)要求，需要對(duì)多路AD量采集和處理，而該CPU具備21路ADC轉(zhuǎn)換通過(guò)，同時(shí)該芯片在存儲(chǔ)內(nèi)存、功率消耗、運(yùn)行速率也具備一定的優(yōu)勢(shì)，滿足該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。2.2多路AD采集模塊系統(tǒng)多路。AD量采集主要包含4路模擬量信號(hào)（電位器）的采集，分別用于油泵轉(zhuǎn)速（油門）、啟動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速、點(diǎn)火器功率、點(diǎn)火閥（副閥）占空比（用于液態(tài)單燃料模式）的調(diào)整。多路AD采集模塊如圖3所示。發(fā)動(dòng)機(jī)地面控制單元主要分為手動(dòng)模式和全自動(dòng)模式。在手動(dòng)模式下，通過(guò)對(duì)多路AD量采集實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的調(diào)控，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)各執(zhí)行驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的安全可靠性，為全自動(dòng)模式下發(fā)動(dòng)機(jī)自持運(yùn)行提供保證。在全自動(dòng)模式下，在實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工況參數(shù)采集的基礎(chǔ)上，通過(guò)PID反饋調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自主調(diào)控。2.3開(kāi)關(guān)控制模塊。系統(tǒng)包含4路模式選擇信號(hào)的采集，分別用于手動(dòng)/自動(dòng)模式選擇、油泵類型選擇（有刷/無(wú)刷）、燃料模式選擇（液氣/純液）、啟動(dòng)模式選擇（電機(jī)帶轉(zhuǎn)/高壓氣吹轉(zhuǎn)）。開(kāi)關(guān)控制模塊如圖4所示。開(kāi)關(guān)控制型號(hào)選用多模式可變開(kāi)關(guān)，在不同模式下通過(guò)切換開(kāi)關(guān)進(jìn)行硬件隔離的切換電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)包括模式選擇、油泵類型選擇、燃料選擇、啟動(dòng)模式選擇等控制方式的選擇。通過(guò)開(kāi)關(guān)量的控制選擇能夠兼容多種發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)。2.4RS485通信模塊。系統(tǒng)采用STM32內(nèi)部集成的全雙工UART2串行接口，外擴(kuò)MAX485芯片，構(gòu)成地面控制單元與發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)調(diào)器間的485通信。地面控制單元與發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)調(diào)器之間通信方式的選擇，主要從發(fā)動(dòng)機(jī)飛航測(cè)試的安全方面進(jìn)行考慮，測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)與控制臺(tái)需要保持一定的距離，同時(shí)也應(yīng)保證數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的數(shù)據(jù)完整性，最終選擇RS485通信實(shí)現(xiàn)將發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)調(diào)器采集的發(fā)動(dòng)機(jī)工況參數(shù)信息傳輸至地面控制單元進(jìn)行處理。RS485通信模塊如圖5所示。2.5RS232通信模塊將接收發(fā)動(dòng)機(jī)的工況參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，同時(shí)利用RS232通信，將數(shù)據(jù)發(fā)送至PC端上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析；系統(tǒng)利用STM32內(nèi)部集成的UART2串行接口，通過(guò)外擴(kuò)MAX3232芯片實(shí)現(xiàn)RS232電平和TTL電平相互轉(zhuǎn)換。RS232通信模塊如圖6所示。2.6數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊為了保證后期發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)行實(shí)際環(huán)境下的飛航測(cè)試，即在沒(méi)有上位機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的情況下可以將發(fā)動(dòng)機(jī)的飛航測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來(lái)進(jìn)行后期分析，在發(fā)動(dòng)機(jī)地面控制單元中加入了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。該模塊由FM24CL64芯片構(gòu)成，主要用于存儲(chǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)下的關(guān)鍵參數(shù)信息包括發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速、EGT溫度、油壓等。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊如圖7所示。2.7顯示模塊為了能夠更加直觀地顯示發(fā)動(dòng)機(jī)的工況信息，在數(shù)碼管顯示發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵參數(shù)的基礎(chǔ)上，使用顯示屏顯示發(fā)動(dòng)機(jī)的其他工況參數(shù)信息，包括實(shí)時(shí)顯示轉(zhuǎn)速、目標(biāo)轉(zhuǎn)速、EGT溫度、油門百分比、油壓、推力值、點(diǎn)火器電流等。顯示模塊電路如圖8所示。

3軟件設(shè)計(jì)

3.1控制器軟件?？刂婆_(tái)子系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是利用C語(yǔ)言在KeilμVision5開(kāi)發(fā)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的，采用STM32庫(kù)函數(shù)的編程方式，C編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)。在主程序運(yùn)行后，根據(jù)不同工作模式下的系統(tǒng)要求，調(diào)用的各部分子程序包括多路AD量采集子程序、ECU端RS485通信子程序、PC端上位機(jī)RS232通信子程序等。其軟件流程如圖9所示。3.2上位機(jī)軟件。在VisualStudio2012開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，使用C#編程語(yǔ)言完成PC上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)。軟件的主要功能包括：獲取發(fā)動(dòng)機(jī)工況參數(shù)信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示功能；使用SQLServer數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)工況參數(shù)存儲(chǔ)、打印、查詢等功能；提供二次開(kāi)發(fā)接口，為實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)故障診斷功能奠定基礎(chǔ)。PC上位機(jī)軟件通過(guò)RS232接口，接收來(lái)自控制臺(tái)上傳的發(fā)動(dòng)機(jī)工況參數(shù)信息，使用C#的窗體控件，設(shè)計(jì)出軟件整體框架。將接收的發(fā)動(dòng)機(jī)工況數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并將工況信息實(shí)時(shí)顯示在文本框內(nèi)。同時(shí)，將發(fā)動(dòng)機(jī)工況數(shù)據(jù)在SQLServer2005數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行儲(chǔ)存和管理，通過(guò)導(dǎo)出按鈕實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)功能，也可以根據(jù)采集時(shí)間對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工況參數(shù)信息進(jìn)行查詢。地面控制單元上位機(jī)軟件界面如圖10所示。

4結(jié)語(yǔ)

所設(shè)計(jì)的小型航空渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)地面控制單元，以某小型航空渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)為控制原型，通過(guò)設(shè)計(jì)完成其配套測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)地面控制單元，協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)引擎控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)在全自動(dòng)和手動(dòng)模式下的自持運(yùn)行，同時(shí)通過(guò)加入硬件電路隔離實(shí)現(xiàn)兼容多種發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)控制，系統(tǒng)具備上位機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)工況參數(shù)的實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)功能。該系統(tǒng)可以為發(fā)動(dòng)機(jī)的臺(tái)架測(cè)試和飛航測(cè)試提供安全保證，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)安全可靠性能，已成功應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)飛航測(cè)試一線。

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作者:李曉艷 王鵬 呂志剛 許韞韜 單位:西安工業(yè)大學(xué)