飞机电源品质监控的虚拟技术实现

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 飞机电源品质监控的虚拟技术实现 摘要：飞机电源品质监控十分重 要，该文采用虚拟仪器技术，以便携式 工控机为基础平台，以虚拟示波器卡为 核心设备，以通用化交互式语言为开发 工具，构建了便携式的电源品质监控与 分析设备，可在外场对飞机电源的多项 核心指标进行综合分析与判断。 中国论文网 /8/view-12975989.htm 关键词：电源；监控；虚拟仪器 中图分类号：TP393 文献标识码： A 文章编号： 1009-3044（2017）17- 0229-03 1 概述 飞机电网在供电过程中，随着用 电设备接入的不同和所处状态的不同， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 会造成电源品质发生变化，比如说电压 不稳、过电压和产生谐波等，这些因素 超过一定范围会带来电能的产生、传输 和利用效率的明显降低，使机载设备过 热、产生振动和噪声，并使绝缘老化， 寿命缩短。其中谐波还会引起供电电网 局部发生并联谐振或串联谐振，使谐波 含量被放大，致使电容器等设备烧毁。 显然，了解供电电网电能质量的实际情 况，特别是在现场环境下对其进行相应 功能的监控分析是十分重要也是极具意 义的。 以往对飞机电网供电品质监控手 段比较单一、简单，多停留在传统方法 层面，即利用万用表等分离式仪表测量 即时电压、电流值，从而笼统判断整个 供电系统的一段工作过程状态，测试点 少、测试指标单一、不能动态判断整个 供电过程、无法掌握电网特性的细部特 征，导致了监控结果的较大偏差。目前， 随着装备制造技术的不断发展，电网供 电品质监控被赋予了新的含义和内容， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 对其提出了更高的要求，原因有二：一 是机载用电设备数量不断增多，各种耦 合干扰不断交织，增大了电源品质的污 染因素；二是大量精密自动化装置被加 装，这些设备往往对电能质量更加敏感， 要求电网供电更稳定、更干净。所以， 电源品质综合监控分析的需求矛盾日益 凸显，为此，各种技术和手段也在不断 发展进步并有些已成功应用到不同领域 中。本系统设计就是瞄准当今技术前沿， 采用虚拟仪器技术，根据一线维护的具 体测试要求，构建适应于苛刻现场条件 综合智能化的便携式电源品质监控系统。 2 电参数测试方法研究与实现 设备研制初期，首先依据 GJB181A-2003 和 GJB5189-2003 规定的 内容，探讨数字式测试环境下飞机供电 系统中部分关键电参数的有效测试问题， 提出新的算法，在减少了计算量的同时 提高了测量结果的准确性，为电源监控 分析的软硬件实现打下基础。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 2.1 直流电压纹波 电压纹波是“ 混叠”在直流电压上 的交流波形成分，电压纹波是对交流波 形进行整流的固有效果，其特性和幅度 取决于所用整流器的类型、滤波器的输 出、交流输入端的特性以及电气设备负 载情况。电压纹波可以干扰电路和数据 传输，引起相关设备发热。纹波的测量 可对个体纹波成分进行累计综合。 2.2 稳态交流电压 GJB181A-2003 中将“交流电压” 定义为“相电压每半波的均方根值” ，将 “稳态交流电压 ”定义为：不超过 1s 的时 间间隔内交流电压的时间平均值。根据 稳态交流电压的定义，采用公式（1） 和（2）来计算稳态交流电压值，计算 公式如下： 2.3 交流供电电压允许偏差 电压偏差是衡量飞机供电系统正 常运行与否的一项主要指标，测量供电 电压允许偏差时采用实际测量电压允许 偏离其额定值的百分比。其数学表达式 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 为： 电压偏差（%）= （实际测量电 压-标准电网电压）标准电网电压100% （3） 2.4 交流电压波形指标 GJBl81A-2003 中规定，交流电 压波形频谱分析的范围是 10Hz- 500kHz，由采样定理可知采样频率应在 最高截止频率的两倍以上，至少为 1MHz，该采样率会造成低频段采样数 据量过大，使得程序计算量大大增加。 可采用分频段处理技术来解决这一问题， 具体解决步骤如下： 1）频段划分：按照 GJBl81A- 2003 中交流电压最大畸变频谱图，将频 段分为分为低频段 I（10 Hz-900Hz） 、 中低频段（900Hz-10kHz） 、中高频段 （10kHz-100kHz） 、高频段 （100kHz-500kHz） 。 2）信抽取：在不同频段上， 对原信号进行一定比率的等间隔的抽取 （即每隔 N 个点抽取一个点） ，其中抽 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 取数 Fs 根据经验或统计数据进行设定， 使得信号的采样频率降为 Fs/N。这是因 为非高频段频谱分析并不需要高达 1MHz 的采样率，过分采集只会增加数 据的冗余，对已采集数据进行降低采样 处理使得频谱分析的数据量大大减少， 提高计算速度的同时又保证了计算准确 度。 3）滤波：经降采样处理后，各 频段数据量将降为原信号的 1/N，再根 据各频段频率范围设计滤波器，滤除本 频段信号之外的分量。 4）频谱分析：对滤波结果进行 离散傅立叶变换。 2.5 交流谐波 交流谐波是存在于飞机供电系统 中的一个周期性的正弦波分量，其频率 为基波频率的整数倍。由于谐波的频率 是基波频率的整数倍，也称它为高次谐 波。电网谐波主要的来源是各种非线性 负载环节，如各种整流设备、调节设备 以及电气负荷设备。谐波影响会导致用 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 电设备寿命缩短，电网损失加大，还会 干扰保护继电器、测量设备、控制和通 信电路以及用户电子设备等，使灵敏设 备发生误动作或元件故障。因此，谐波 监控与分析十分重要。 本系统采用基于傅立叶变换的谐 波检测方法。FFT 方法是当今谐波检测 中应用最广泛的一种谐波检测方法，测 量时间是信号周期的整数倍和采样频率 大于奈奎斯特采样频率时，这个方法检 测精度高，实现简单，功能多且使用方 便，在频谱分析和谐波检测两方面均得 到广泛应用。 3 设备组成及工作原理 本系统采用虚拟仪器技术（NI） ， 利用高性能的模块化硬件和高效灵活的 软件，构建具有数据处理功能的虚拟数 字存储示波器，通过二次开发的相应各 种电能分析模块来进行各种电参数智能 监控和分析，可以完成对电源信号的输 入及获取、电压参数及时间频率参数的 自动测量、信号的波形显示及存储回放、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 信号特征值提取和状态判别等功能。系 统