平流层飞艇电源系统自动化测试平台

于智航，杨　暘，李　钏，许　薇

(中国电子科技集团公司第十八研究所，天津300384)

平流层飞艇电源系统自动化测试平台

于智航，杨暘，李钏，许薇

(中国电子科技集团公司第十八研究所，天津300384)

平流层飞艇电源系统电压高、功率大、工作模式复杂，测试所需设备数量多、种类繁，采用手工操作设备的方式进行测试效率低下，易出现误操作，存在安全风险。提出了一种以软件为核心的自动化测试平台，设计了通用设备及操作模型和接口，实现了各类测试设备的分布式运行和集中控制，可按照预先设定的脚本自动进行测试操作和结果判读。阐述了测试平台的实现原理、体系结构等内容。分析结果表明该系统具有自动化程度高、操作简单、测试过程精确、一致性好等优点，有效提高了测试效率，降低了测试成本和风险。

平流层飞艇；电源系统；自动化测试；软件

平流层飞艇是为满足侦察监视任务的需求而研制的，同时也可以作为一定空域的通讯平台应用，升空高度达到平流层，需要长时间留空。为此其电源系统采用了太阳电池阵/蓄电池组联合供电、半调节母线的拓扑结构，发电装置为太阳能薄膜电池，储能装置为锂离子蓄电池组，通过能源管理器对母线进行调节控制，保证为飞艇各负载可靠供电。平流层飞艇电源系统额定功率近十万瓦，直流母线电压达到几百伏，蓄电池组由数百节单体电池组合构成。

平流层飞艇电源系统如果采用手工操作各种仪器仪表的方式进行测试，主要存在如下几个问题：(1)测试工序繁，测试过程中需要进行大量的手工操作，测试时间长效率低；(2)安全风险高，测试人员直接接触高压测试设备，稍有失误人身和产品安全均会遭受威胁；(3)结果判读难，需要测试的电压、电流、温度等数据超过600个，无法依靠人工判读；(4)测试精度差，由于操作、判读等环节存在人为因素，操作执行时间、读数等精度指标不能保证；(5)报告生成慢，需要测试完成后逐条整理测试记录，难以及时形成测试报告。

为了解决上述难题，项目工程组自行设计搭建了一套自动化测试平台，实现了平流层飞艇电源系统功能、性能的自动化测试。测试人员可以按需配置测试设备，将测试细则中一系列操作步骤、结果判断条件及处理方式输入系统，形成测试脚本。测试平台可依次执行脚本中各条命令，实时显示测试结果，自动完成测试流程并输出测试报告。航天产品相关测试规程制度规定，产品测试过程需要双岗执行。为了遵从此项要求，同时考虑到测试中需要同时监控多种测试设备，本测试平台还具有网络多用户终端及用户管理功能。

1　主要研究内容

1.1平流层飞艇电源系统测试环境及原理

平流层飞艇电源系统测试环境可分为被测产品、测试设备两个主要部分。测试环境及连接方式如图1所示。

如图1，被测产品包括能源管理器、电源变换器(前DC和后DC)、母线功率开关盒和蓄电池组。其功能分别为：

(1)能源管理器是电源系统的控制核心，可对太阳电池阵输出的多余功率进行分流调节、控制蓄电池组的充/放电、遥测/遥控智能管理，完成一次电源系统的控制，实现能源供给子系统的测控功能。

(2)电源变换器用于对一次母线进行二次变换，将一次母线电压变换为直流28 V电压，为飞艇低压负载供电。

(3)母线功率开关盒的功能主要是实现了手动控制功率母线的通断和能源管理器二次电源加退电。

(4)蓄电池组是电源系统的储能装置，在太阳阵供电充足时充电，供电不足时放电，保证供电稳定。

测试设备包括太阳电池供电阵、充电阵，锂离子蓄电池组、应急电源，地面供电、测试上位机和数据采集器。其中太阳电池供电/充电阵、地面供电均采用高压直流电源模拟；负载选用大功率高压、低压电子负载；应急电源采用低压直流电源；数据采集器配置为多路，监测直接遥测测量；测试计算机通过RS422接口与能源管理器连接，通过上位机软件发送遥控指令并接收遥测数据。

飞艇电源系统电测试基本原理是：根据测试项目，设置测试设备初始状态，改变测试设备参数或发送遥控指令，而后读取遥测参数和测试设备读数，与测试预期结果进行比较，判断并记录测试结果。

图1　测试环境构成及连接

1.2平流层飞艇电源系统自动化测试平台设计

根据飞艇电源系统测试环境和测试原理，针对手工测试中遇到的问题，设计了自动化测试平台的主要功能，包括：

(1)测试环境配置。根据测试项目，选择测试设备的类型和数量，设置连接方式，指定名称，搭建测试环境；

(2)测试环境检测。对测试设备进行检测和初始化，保证测试环境完整，控制通道连接正确；

(3)测试设备控制。通过计算机远程控制所有测试设备，替代测试人员手动操作，并读取设备运行参数；

(4)测试脚本编辑。支持各种测试操作序列化，即将测试操作、结果判读规则及处理方式，按照特定语法保存成脚本文件；

(5)测试脚本执行。自动化执行指定的测试脚本，执行结果实时显示，执行过程可以随时停止、暂停、继续或单步执行；

(6)自动生成报告。测试过程中的指令和数据可自动存储，测试完成后生成测试结果报告；

(7)多机远程监控。支持多用户终端同时监控测试过程，用户可按级别指定权限，管理员用户可管理其他低级别用户。

为实现计算机远程控制各种测试设备，需要采用通信总线将其与计算机进行连接。考虑到项目采用的测试设备规格，采用了GPIB转LAN接口网关将直流电源、电子负载和数据采集器等设备接入局域网，局域网还连接着作为中央控制服务器、各控制/监视终端及测试上位机的各台计算机，如图2所示。

图2　测试设备连接

1.3电源系统自动化测试软件设计与实现

测试平台的核心是测试软件，与其他硬件部分有机结合共同组成了完整的平流层飞艇测试平台。美国NI公司的图形化编程语言LabView具有开发效率高、可维护性强、便于进行仪器控制等优点，因此本项目采用LabView作为软件开发工具。测试平台软件采用“客户端-服务器”架构，服务器软件运行在中控服务器上，客户端分为控制和监视两类，分别运行于控制终端和监视终端上。服务器与客户端软件的通信承载于TCP和UDP协议上，前者用于维护用户状态，后者用于广播测试运行数据。

服务器软件按照功能分为以下五个功能模块：

(1)CONFIG模块

完成测试环境配置功能。测试人员可通过此模块输入测试设备的名称、类型、连接地址。各类测试设备在软件中被抽象成统一的通用模型。模型对应的数据结构为“簇”，包含设备名称、设备类型、连接句柄、设备版本号和通道信息。不同类型的测试设备有不同的通信方式，如直流电源等通过GPIB总线连接的设备，连接句柄中保存该设备的VISA地址，而测试上位机对应的连接句柄则为IP地址。测试环境信息可保存至xml文件，或从文件中加载、编辑，方便再次使用。

(2)EDIT模块

完成测试环境检测，并提供脚本编辑界面。模块运行时首先遍历测试环境中所有的测试设备，向其发送检测指令，若得到回应则认为设备及连接正常。成功通过检测的设备，将作为所属设备类别的子节点显示在用户界面的树状列表中。测试人员选中该设备节点，软件将提供此设备可用的指令列表。选择一条指令并填写指令参数、延时时间、判断方式等信息，点击“添加”即可针对该设备向测试脚本中添加一个测试步骤。

测试脚本是若干个测试步骤构成的序列。测试步骤同样抽象为“簇”，记录步骤序号、设备名称、类型、连接地址、指令名、参数值、返回值、延时时长、结果比较模式、上下限阈值、比较结果、错误处理方法、跳转步骤号等信息。测试脚本可保存为Excel文件，利于进行批量修改。

测试人员可以根据测试细则中的测试项编写脚本。例如某项测试要求“蓄电池供电，负载1 000 W时母线电压应在99～101 V范围内”，可编写测试脚本如表1。

表1　测试脚本示例

(3)RUN模块

测试脚本编写完成后，被传递给RUN模块执行。本模块依次读取并执行脚本中的各步骤，并生成测试报告。每个测试步骤都进行“执行指令-延时-读取返回值-判断-错误处理”这5步操作。以表1给出的脚本中步骤3为例，软件首先根据设备名确定设备类型为“上位机”，调用对应的连接驱动程序，通过socket发送指令“读取放电开关状态”，参数为“1”号开关；等待1 000 ms后，读取socket中的返回值；判断返回值是否等于“ON”；若等于ON继续执行下个步骤，否则执行第“5”步。测试步骤执行的时刻、指令、参数、返回值、判断结果等均实时保存在测试记录中。一个脚本执行完成后，若所有步骤均未发生错误，则自动判定为通过，否则给出失败提示。测试记录可以保存成Excel文件，形成测试报告。

(4)NETWORK模块

本模块是底层网络引擎，完成服务器初始化，通过UDP广播步骤执行状态，侦听TCP端口，接受客户端连接。

(5)ADMIN模块

完成用户管理功能，可以查看连接的客户端、权限、IP地址等信息，也可中断指定客户端的连接。

客户端软件显示运行时首先登录界面，根据输入的用户名、密码确定用户权限，可以控制或监视模式运行。控制模式的客户端具有脚本编辑和脚本执行功能，客户端对脚本的修改及对测试进程的控制，会立即同步到服务器端。而监视模式的客户端则只能接收服务器端发来的测试运行数据，同步显示测试过程和结果，不能控制测试过程。服务器、控制和监视软件相互配合单步执行测试脚本，即可以实现双岗确认测试操作，保证测试过程符合相关规范要求。确定测试脚本正确无误后，重复性的测试，如健康检查、环境实验前后的电测试等即可采用自动执行脚本的方式快速完成。

1.4电源系统自动化测试平台应用分析

结合平流层飞艇电源系统自动化测试平台的实际应用要求，工程组对测试流程进行了梳理分析，制定了标准化的测试流程，如图3所示。

自动化测试平台(见图4)在平流层飞艇电源系统电测试中的应用将显著提高测试精度和准确性，减少测试时间和人力投入，主要因素对比分析如表2。

图3　标准化测试流程

图4　测试平台实景

表2　效果对比

2　结论

在本项目设计和实现过程中，项目组充分考虑了平流层飞艇电源系统测试在自动化、可靠性、实时性、安全性和易用性等方面的要求，成功研制了一套自动化测试平台，其功能性能均达到设计指标。分析表明该系统在满足电性能测试要求的同时，能降低测试成本提高测试效率，可以投入某型平流层飞艇电源系统测试中进行实际应用。

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[3]汪洋，张泾周，胡钢成.航空电源地面自动测试系统的设计与实现[J].计算机工程与设计，2006,16(8):3051-3054.

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Automatic test platform of stratosphere air ship power system

YU Zhi-hang,YANG Yang,LI Chuan,XU Wei
(Tianjin Institute of Power Sources,Tianjin 300384,China)

The power system of stratosphere air ships has the characteristics of high voltage,high power and complicated work modes.The demand of test devices is large both in quantity and type.The Manual manipulation test is inefficiency,accident-proneness and high risk.A software based automatic test platform was presented.The models of universal device and operation were designed to implement distributed execution and centralized control. The test processes can be executed and judged automatically according to the predetermined script.The schematic and architecture were described.Advantages were shown in the analysis,including automated job,easy operation, preciseness and uniformity.Not only the performance improvement,but also cost and risk reduction is significant.

stratosphere air ship;power system;automatic test;software based

TM 921.5

A

1002-087 X(2016)10-1953-03

2016-03-03

于智航(1982—)，男，天津市人，硕士，工程师，主要研究方向为卫星嵌入式软件及空间电源系统测试方面的研究。

于智航