一種寬體客機匯流條功率控制器模擬系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電氣工程領(lǐng)域，尤其是涉及寬體客機飛機自動配電控制系統(tǒng)。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]寬體客機是在第一代噴氣客機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是航空技術(shù)的巨大跨越。采用新型的變頻交流電源系統(tǒng)，是寬體飛機供電系統(tǒng)發(fā)展的方向，該電源系統(tǒng)已應(yīng)用在世界上最先進的寬體客機B787上。目前我國也在開展對變頻交流供電系統(tǒng)的研制工作，但與國外相比仍差距較大，仍處于仿真階段。這屬于國家級的重要項目。
[0004]飛機自動配電系統(tǒng)主要由各匯流條、終端構(gòu)成的飛機配電網(wǎng)絡(luò)以及由相應(yīng)處理器、控制器構(gòu)成的配電控制單元組成。一次配電為從發(fā)電機到供電匯流條的部分，其控制單元是匯流條功率控制器BPOKBus Power Control Unit)，是飛機自動配電系統(tǒng)的核心。
[0005]寬體客機電網(wǎng)規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜度高，控制各組成部件協(xié)調(diào)工作難度大，因此對飛機自動配電系統(tǒng)要求很高:要實現(xiàn)對寬體飛機電網(wǎng)的狀態(tài)檢測和控制，防止局部設(shè)備故障時影響到整個電網(wǎng)，智能地對電網(wǎng)進行保護和重構(gòu)，保證余度、容錯和不中斷供電等等。[0006 ]針對寬體客機電網(wǎng)，采用寬體客機匯流條功率控制器(BPCU)模擬技術(shù)，可以實現(xiàn)對該電網(wǎng)的狀態(tài)檢測和控制，可以在沒有控制器實物的情況下進行控制試驗，大大降低供電系統(tǒng)的設(shè)計成本，同時縮短其開發(fā)周期，為未來大型客機電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用提供依據(jù)，對研究飛機配電系統(tǒng)的控制方法具有重要作用。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是在沒有寬體飛機供電系統(tǒng)實物的情況下，針對其一次配電網(wǎng)絡(luò)通道多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點，提出了一種寬體客機的匯流條功率控制器模擬技術(shù)。采用該技術(shù)能夠真實模擬BPCU的工作邏輯，實現(xiàn)對寬體飛機電網(wǎng)的狀態(tài)檢測和控制，保證飛機一次配電網(wǎng)絡(luò)的正常、可靠、安全工作，填補我國寬體客機電網(wǎng)一次配電技術(shù)領(lǐng)域的空白。
[0009]
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種寬體客機匯流條功率控制器模擬系統(tǒng)，其特征在于包括左匯流條功率控制器、右匯流條功率控制器;所述左匯流條功率控制器通過調(diào)理接口電路分別檢測左交流電網(wǎng)、左直流電網(wǎng)、應(yīng)急交流電網(wǎng)、應(yīng)急直流電網(wǎng)的運行狀態(tài)，并對檢測結(jié)果進行邏輯運算，分別對左交流電網(wǎng)、左直流電網(wǎng)、應(yīng)急交流電網(wǎng)、應(yīng)急直流電網(wǎng)進行控制;所述右匯流條功率控制器通過調(diào)理接口電路分別檢測右交流電網(wǎng)、右直流電網(wǎng)、應(yīng)急交流電網(wǎng)、應(yīng)急直流電網(wǎng)的運行狀態(tài)，并對檢測結(jié)果進行邏輯運算，分別對右交流電網(wǎng)、右直流電網(wǎng)、應(yīng)急交流電網(wǎng)、應(yīng)急直流電網(wǎng)進行控制；左、右匯流條功率控制器共同對應(yīng)急電網(wǎng)進行雙余度控制；左、右匯流條功率控制器之間通過非相似余度的冗余通信方式進行信息交互。 一種寬體客機匯流條功率控制器模擬方法，其特征在于設(shè)置左匯流條功率控制器對左交流電網(wǎng)、左直流電網(wǎng)進行控制，設(shè)置右匯流條功率控制器對右交流電網(wǎng)、右直流電網(wǎng)進行控制，左、右匯流條功率控制器共同對應(yīng)急電網(wǎng)進行雙余度控制；左、右匯流條功率控制器之間通過非相似余度的冗余通信方式進行信息交互;左、右匯流條功率控制器軟件均采用基于LabVIEW環(huán)境下、狀態(tài)機結(jié)構(gòu)為主、多線程并發(fā)的編程方式實現(xiàn)。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:提出了一種寬體客機匯流條功率控制器模擬系統(tǒng)及方法，基于冗余通信技術(shù)和雙功率控制器分布控制，可以真實模擬匯流條功率控制器的工作邏輯。采用該技術(shù)設(shè)計的模擬器可以實現(xiàn)寬體客機電網(wǎng)正常及故障情況下的電網(wǎng)狀態(tài)的檢測、重構(gòu)控制和故障保護功能，實現(xiàn)負(fù)載的可靠供電，提高電網(wǎng)運行的可靠性和安全性。
[0011]
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明所針對的寬體客機電網(wǎng)示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明匯流條功率控制器(BP⑶)模擬器結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明匯流條功率控制器(BPCU)模擬器非相似余度冗余通信示意圖。
[0015]圖4是本發(fā)明匯流條功率控制器(BP⑶)模擬器調(diào)理電路模塊化設(shè)計示意圖。
[0016]圖5是本發(fā)明匯流條功率控制器(BPCU)模擬器LabVIEW環(huán)境下基于狀態(tài)機結(jié)構(gòu)的多線程編程方法示意圖。
[0017]圖6(a)是匯流條功率控制器(BP⑶)模擬器LabVIEW環(huán)境下狀態(tài)機多線程并發(fā)示意圖。
[0018]圖6(b)所示，為邏輯運算和電網(wǎng)控制模塊狀態(tài)機結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明提出的寬體客機匯流條功率控制器(BPCU)模擬器進行詳細(xì)說明:
如圖1所示，是本發(fā)明所針對的寬體客機電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖，該電網(wǎng)包括四臺主起動/發(fā)電機，兩臺APU起動/發(fā)電機，一臺應(yīng)急發(fā)電機(RAT)，四臺地面電源以及蓄電池和若干變換器(圖中未畫出)。電網(wǎng)主要分為左交流電網(wǎng)、右交流電網(wǎng)、左直流電網(wǎng)、右直流電網(wǎng)以及應(yīng)急交流電網(wǎng)、應(yīng)急直流電網(wǎng)。雖然寬體客機電網(wǎng)規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜度高，但就拓?fù)浣嵌榷?，電網(wǎng)左、右兩部分基本對稱，控制方式類似，設(shè)定整個自動配電系統(tǒng)中含有2個匯流條功率控制器BP⑶，并且按左右區(qū)分，分別命名為左匯流條功率控制器LBPCU及右匯流條功率控制器RBPCU，左交流通道與左直流通道由左功率控制器控制，右交流通道與右直流通道由右功率控制器控制。對于應(yīng)急配電部分，左右兩個功率控制器均可控制，提高了應(yīng)急配電部分控制上的可靠性。
[0021]如圖2所示，是本發(fā)明的BPCU模擬器的整體結(jié)構(gòu)框圖，主要包括兩臺PCI工控機、輸入/輸出板卡、通信板卡、接口電路箱(調(diào)理箱)、模擬電網(wǎng)組成。PCI工控機模擬的是電氣綜合管理系統(tǒng)，左、右兩臺工控機分別模擬左、右匯流條功率控制器(LBP⑶和RBPCU)，內(nèi)插有數(shù)字量輸入輸出板卡和模擬量輸入板卡，作為工控機與外部信號的接口 ；插有RS 422通信板卡用于兩臺工控機的通信。模擬電網(wǎng)中電壓、電流信號經(jīng)過調(diào)理電路，通過模擬量輸入板卡輸入到BPCU中。同時，通過數(shù)字量輸入板卡，檢測到模擬電網(wǎng)中各個接觸器輔助觸點的狀態(tài)，這些檢測到的信號通過工控機軟件的處理及其邏輯運算，通過數(shù)字量輸出板卡輸出數(shù)字信號來控制電網(wǎng)中接觸器的通斷，從而實現(xiàn)對電網(wǎng)的控制，在發(fā)生故障時達(dá)到電網(wǎng)重構(gòu)的目的，實現(xiàn)余度供電。
[0022]如圖3所示，是本發(fā)明匯流條功率控制器(BPCU)模擬器非相似余度冗余通信示意圖。BPCU模擬器是將RS422通信作為首要通訊方式，CAN通信做為熱備份。當(dāng)RS422通訊發(fā)生故障時，軟件自動識別故障并且切換為CAN通信，使得兩個控制器之間的信號傳輸不中斷，提高了通信的穩(wěn)定性和可靠性。此外，RS232通信作為第三種通訊方式，用于傳輸對方BPCU是否開機運行的信號。在編程時，將這三種通信狀態(tài)組合為一個二進制數(shù)，再將該二進制數(shù)轉(zhuǎn)化為十進制數(shù)值，該數(shù)值定義為通訊狀態(tài)，不同的通訊狀態(tài)對應(yīng)執(zhí)行不同的電網(wǎng)控制策略，這樣即使通訊狀態(tài)發(fā)生變化，控制器也能根據(jù)此刻的通訊狀態(tài)及時對電網(wǎng)執(zhí)行相應(yīng)的操作。RS422和CAN兩種通訊方式的互為備份以及RS232通訊的輔助，保證了電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性。
[0023]如圖4所示，是本發(fā)明匯流條功率控制器(BPCU)模擬器信號調(diào)理電路模塊化設(shè)計示意圖。寬體客機電網(wǎng)結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，需要采集處理分析的信號種類、數(shù)量龐大，所需要的方法不盡相同。若每個信號都單獨設(shè)計，工作量極大，也不利于后期維護。本發(fā)明中包括兩個調(diào)理箱，左調(diào)理箱和右調(diào)理箱，分別對應(yīng)左右匯流條功率控制器(L/RBP⑶)。每個調(diào)理箱中根據(jù)LBPCU和RBPCU所檢測和控制的信號量的種類和數(shù)量，放置信號調(diào)理電路和繼電器驅(qū)動電路，如圖2所示。本發(fā)明采用模塊化的設(shè)計思路，將每塊信號調(diào)理電路板根據(jù)不同信號的采集需求，劃分為有效值檢測電路，峰值檢測電路，電流檢測電路和相序檢測電路，圖4所顯示了信號調(diào)理電路板的功能模塊分布。以有效值檢測電路為例，采用芯片LM358P，每塊芯片集成兩個運算放大器，可設(shè)計兩路有效值檢測電路，左側(cè)1-1和右側(cè)1-2各一路。設(shè)計統(tǒng)一的對外接口(包括電網(wǎng)接口和工控機板卡接口)以及統(tǒng)一的電路板編號。相同規(guī)格的電路板和對外接口方便統(tǒng)一安裝和統(tǒng)一維護。