飞行大气参数试验系统的设计与实现

发布时间：2017-08-08 22:02

  本文关键词：飞行大气参数试验系统的设计与实现

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【摘要】：飞行大气参数试验系统是一种通过提供具有设定压力的气体来对机载大气数据设备进行校验的地面试验装置,它提供的气体压力应当满足一定的精度要求。本文以该系统的功能需求为基础,应用由工业触控计算机为上位机和ARM控制芯片为下位机组成的控制核心,设计了系统的总体方案和软硬件实施方案,实现了整个试验系统的物理构建,并成功应用于某型号飞机的生产测试流程。本文首先对大气参数试验系统进行了整体功能需求分析,并依据需求分析结果对系统进行了总体方案设计。系统总体由三个层级组成,分别是:上位机层、下位机层以及传感与执行层。上位机层以工业触控计算机为硬件平台,以Lab VIEW为软件开发平台,完成了人机交互界面设计和系统控制程序的设计,该层的主要功能是依据用户的操作指令和读取的传感层信息生成控制指令并传输给下位机。下位机层以ARM控制芯片为核心,构建了电源模块、继电器模块、PWM模块、RS232通信模块以及可调电压输出模块等功能电路,并通过C语言编程实现了下位机电路系统的协调控制,该层的主要功能是将上位机发送的控制指令以电信号的形式实现,并输出给传感与执行层。传感与执行层主要由气压传感器和气路系统组成,气路系统又包含气压源、气体存储装置、气体净化装置、气压控制装置和用气设备几个部分,该层是最终的指令执行层,通过各气路元件的协调工作输出达到精度要求的气体压力以供测试使用,另外气体传感器会实时采集气压数据并反馈给上位机作为控制决策的依据。依据总体方案,文中围绕系统的具体实现对硬件的搭建与软件的编写进行了详细的分析与设计:硬件的搭建包括下位机电路板的设计与加工、零件安装箱的设计与加工、气路元件的选型、传感器的选型以及工业触控计算机的选型等;软件的编写包括上位机人机界面的规划布局和后台控制程序的编写以及下位机底端控制程序的编写。高精度气体压力的获取是系统设计过程中的重点和难点。文中主要通过以下几个方面的工作提高系统精度:首先,对于系统控制方案的设计,尽量减少中间控制环节以避免引入更多系统误差,同时采用智能控制和经典PID控制相结合的算法来提高控制效率和精度。其次,对气压传感器的相关原理进行分析,选取精度尽量高又不失经济性的传感器。另外,从气路系统的固有特性入手,选取能够实现微量气体传输同时又不过于影响系统实时性的气路元件,主要是高精度气路控制元件的选取。最后,在硬件设计定型后,通过试验测试对传感器进行调校,以进一步提升精度。本文设计的大气参数试验系统经过安装调试后,已在某型号飞机的生产测试中投入使用,系统的运行状态良好,工作稳定可靠,精度等级满足该型号的生产实际要求,达到了系统的设计目标。对于不同型号的待测产品,可以采用文中提出的变型设计方法快速设计并生产出与之相适应的试验系统,因此文中设计的系统具有较广的应用范围。
【关键词】：飞行大气参数试验系统 气压控制 工业触控计算机 ARM 气路系统 高精度
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V216.8
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义10-11
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 课题研究的目的和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-16
• 1.3 本文的主要研究内容16-17
• 第2章 飞行大气参数试验系统总体方案设计17-35
• 2.1 基本结构与工作原理17-19
• 2.2 功能需求分析19-23
• 2.2.1 定量指标分析19-22
• 2.2.2 定性指标分析22-23
• 2.3 气压控制系统设计23-31
• 2.3.1 气路系统的基本结构设计23-26
• 2.3.2 气路系统的控制算法设计26-31
• 2.4 系统总体设计31-32
• 2.5 变型设计方案32-33
• 2.6 本章小结33-35
• 第3章 飞行大气参数试验系统硬件设计与实现35-52
• 3.1 硬件设计概述35
• 3.2 控制器选型35-36
• 3.3 气压传感器选型36-37
• 3.4 气路元件选型37-41
• 3.5 下位机功能电路设计41-48
• 3.6 零件安装结构设计48-50
• 3.7 本章小结50-52
• 第4章 飞行大气参数试验系统软件设计与实现52-69
• 4.1 软件设计概述52
• 4.2 通信命令定义52-54
• 4.3 上位机软件设计54-61
• 4.4 下位机软件设计61-68
• 4.5 本章小结68-69
• 第5章 飞行大气参数试验系统调校与测试69-80
• 5.1 气压传感器的调校69-74
• 5.2 系统整体运行状况74-75
• 5.3 静压控制结果分析75-78
• 5.4 动压控制结果分析78-79
• 5.5 本章小结79-80
• 结论80-82
• 参考文献82-87
• 致谢87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

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本文编号：642184