飞机数字式供电综合控制管理技术仿真

吴利华，杨号

（西安市140 信箱10 分箱，西安 710089）

0 引言

飞机供电系统是飞机的重要保障系统之一，它由电源系统和配电系统组成。随着飞机各机载系统日益电气化，呈现出使用电能逐步取代甚至完全取代其他二次能源的发展趋势[1]，出现了“多电飞机”和“全电飞机”。飞机用电设备大幅增加导致电源功率随之增大，飞机电网重量增加，可靠性降低以及维护困难等一系列问题。为了解决这些问题，现代先进飞机都采用集散式控制系统，以减少电网的重量，增加系统的可靠性和维修性。有鉴于此，对其中的电气多路传输、容错供电及负载自动管理等技术进行研究，实现对供电系统的综合控制管理成为先进飞机供电系统的发展方向之一。[2]国外已在各型飞机上应用了这些技术，而国内在这些技术上处于研究阶段，因而有必要对飞机供电系统的数字式综合控制管理技术进行建模、仿真等基础研究。通过建立仿真平台进行设计方案的仿真和评估，验证原理及方案的可行性，为以后的型号设计积累经验。

1 飞机数字式供电综合控制管理系统的特点

1.1 飞机数字式供电综合控制管理系统

飞机数字式供电综合控制管理系统由供电系统处理机（PSP）、发电机控制器（GCU）、辅助发电机控制器（AGCU）、应急发电机控制器（EGEN GCU）、外部电源监控器（EPCU）、左侧直流控制保护器（LH DCPU）、右侧直流控制保护器（RH DCPU）、左侧直流功率控制器（LH DPCU）、右侧直流功率控制器（RH DPCU）、左侧交流功率控制器（LH APCU）、右侧交流功率控制器（RH APCU）和远程功率配电装置（RPDU）等组成。这些设备通过电气数据总线（GJB289A）连接组成一个分布式计算机网络，通过总线进行通信实现供电系统的数字式一体化综合控制管理功能。[3]供电系统处理机完成飞机供电系统的综合控制和管理，并实现飞机供电系统与综合航电系统的通信。其结构图如图1所示。

图1 飞机数字式供电综合控制管理系统结构图

供电综合控制管理系统采用集散控制方式，由PSP 负责对供电系统进行全面的控制和管理。为了提高可靠性，PSP 采用双处理机布局。一个PSP 作为总线控制器，对所有的供电系统远程终端进行控制，另一个作为备用总线控制器，它以远程终端的方式工作，对主控PSP 进行冗余备份。[4-5]

1.2 飞机数字式供电综合控制管理系统特点

飞机数字式供电综合控制管理系统特点：

1）接口特性复杂，信号种类多。接口信号包括交流115 V/400 Hz模拟量信号、直流28 V模拟量信号、直流28 V/开路输入输出信号、直流28 V/开路驱动功率信号、地/开路信号等等，各接口的电流范围从十几mA到几A 不等，因而接口功率变化范围大，信号种类多，强弱电信号接口相互影响较大。

2）飞机数字式供电综合控制管理系统除内部各个子系统之间相互交联外，还要与综合航电系统进行交联，上传供电系统的参数、状态及故障信息。

2 飞机数字式供电综合控制管理仿真设计

2.1 仿真系统组成

针对飞机数字式供电综合控制管理系统的特点，数字式供电综合控制管理仿真系统主要由电源系统及配电系统组成的供电控制管理系统，由供电系统处理机仿真器（PSPS）、发电机控制器、辅助发电机控制器和外部电源监控器仿真器（GCU/EPCUS）、直流控制保护器仿真器（DCPUS）、左侧交流功率控制器仿真器（LH APCUS）、右侧交流功率控制器仿真器（RH APCUS）、左侧直流功率控制器仿真器（LH DPCUS）、右侧直流功率控制器仿真器（RH DPCUS）、远程功率配电装置仿真器（RPDUS）和座舱信号采集器仿真器（CSCS）等组成，见图2。

图2 飞机数字式供电综合控制管理仿真总线结构图

各仿真器分别实现结构控制设备的接口和逻辑功能，通过GJB289A 总线连成一个分布式计算机网络，建立起供电综合控制管理系统仿真模型。[6]由于仿真系统中没有设置综合航电系统仿真器，因而PSPS 没有直接实现与综合航电系统的信息交互，综合航电系统的飞行控制及任务数据通过座舱信号采集器仿真器（CSCS）完成模拟或处理。供电系统的状态显示、故障告警及维护操作等由PSPS 实现。仿真器均采用工控机，软件采用LabVIEW 进行开发实现。

2.2 仿真系统设计与实现

1）供电系统处理机仿真器设计。

供电系统处理机仿真器的功能主要为：① 管理和控制功能，完成负载管理、总线通信管理、故障管理和维护管理等；② 状态信息显示功能；③ 故障显示和告警功能；④ 总线通信功能。其软件设计包括初始化模块、总线通信模块、界面显示调度模块、PSPS显示模块、负载管理模块和维护模块，结构图如图3所示。

图3 供电系统处理机仿真器软件结构图

2）发电机控制器、辅助发电机控制器和外部电源监控器仿真器设计。

发电机控制器、辅助发电机控制器和外部电源监控器仿真器的功能主要为：①仿真发电机控制器、辅助发电机控制器和外部电源监控器仿真器的控制功能和故障保护功能；② 状态信息显示功能；③ 自检测功能；④ 总线通信功能；⑤显示功能。其软件设计包括初始化模块、维护模块、总线通信模块、监控处理模块、主控模块和显示模块等，结构图如图4所示。

3）直流控制保护器仿真器设计。

直流控制保护器仿真器的功能主要为：① 供电控制和转换功能；② 故障保护功能；③ 自检测功能；④ 总线通信功能。其软件设计包括初始化模块、监控模块、状态显示模块、故障设置模块、主控模块和维护BIT模块等[7]，结构图如图5所示。

图4 发电机控制器、辅助发电机控制器和外部电源监控器仿真器软件结构图

图5 直流控制保护器仿真器软件结构图

4）交流功率控制器仿真器设计。

交流功率控制器仿真器分为左、右侧功率控制器仿真器，其功能主要为：① 实现交流主汇流条、交流一次配电汇流条的供电转换控制；② 完成负载自动管理功能；③ 对本侧配电中心进行状态监测；④ 完成总线通信功能等。其软件设计包括初始化模块、主控模块、监控模块、维护模块、状态显示模块以及维护BIT 故障设置模块等，结构图如图6所示。

图6 交流功率控制器仿真器软件结构图

5）直流功率控制器仿真器设计。

直流功率控制器仿真器也分为左、右侧直流功率控制器仿真器，其功能主要为：① 实现直流一次配电汇流条的供电转换控制；② 完成直流一次配电负载的自动管理功能；③ 对本侧直流配电中心进行状态监测；④ 完成总线通信功能等。其软件设计主要包括初始化模块、主控模块、监控模块、维护模块、故障设置模块和状态显示模块等，结构图如图7所示。

图7 直流功率控制器仿真器软件结构图

6）远程功率配电装置仿真器设计。

远程功率配电装置仿真器的功能主要为：① 完成交、直流二次配电汇流条的供电转换控制；② 实现二次配电负载的供电自动管理功能；③ 总线通信功能。其软件设计包括初始化模块、监控模块、主控模块、维护BIT模块、状态显示模块、故障设置模块等，结构图如图8所示。

图8 远程功率配电装置仿真器软件结构图

7）座舱信号采集器仿真器设计。

座舱信号采集器仿真器的功能主要为：①信号采集，完成对飞机负载控制信号及飞机状态信号的采集以及处理；② 自检测功能；③ 总线通信功能。其软件设计包括初始化模块、状态设置模块、状态采集模块、状态显示模块、维护BIT模块和总线通信模块等，结构图如图9所示。

图9 座舱信号采集器仿真器软件结构图

3 结束语

仿真系统在对飞机数字式供电综合控制管理系统各个控制装置进行功能分析的基础上建立了供电系统处理机、发电机控制器、辅助发电机控制器和外部电源监控器、直流控制保护器、交流功率控制器、直流功率控制器、远程功率配电装置和座舱信号采集器等的仿真器，通过总线组成了飞机数字式供电综合控制管理仿真系统。[8]该系统为设计方案的验证和评估提供了方便，也为供电综合控制管理技术的研究提供了良好的平台，具有较大的应用价值。

[1]于黎明.全电飞机的技术改进及其发展状况[J].飞机设计,1999(3):12-15.

[2]周素莹,齐蓉,林辉.多电飞机电源系统的负载稳定性分析[J].航空计算技术,2002(4):5-9.

[3]沈颂华.航空航天器供电系统[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.

[4]杨乐平,李海涛,杨磊.LabVIEW 程序设计与应用[M].北京:电子工业出版社,2005.

[5]雷振山.LabVIEW7 Express 实用接收教程[M].北京:电子工业出版社,2005.

[6]梁嘉琳,周元军,董世良.多电飞机电力系统集成仿真技术研究[C]//中国航空技术学会控制与应用第十二届学术年会论文集.2006:95-106.

[7]林辉,齐蓉,周素莹.多电飞机电气系统关键技术研究[J].航空计算技术,2004(3):48-53.

[8]陈伟.多电飞机供电系统研究[C]//中国航空学会航空电气工程第五届学术年会论文集.2005:l-8.