多电飞机电气负载管理中心的研究
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摘要
多电飞机是下一代先进战斗机的一个重要特征，而电气负载管理中心(ELMC)是多电飞机电气系统的枢纽部件。因此，研究能适应多电飞机要求的电气负载自动控制与管理系统，有着重要的理论和现实意义。
本文首先分析了ELMC在国内外研究发展状况，并依据航空电子系统特点和容错供电要求，提出了由配电中心和控制中心组成的ELMC的总体方案；完成了270V高压直流供电的飞机容错供电系统方案的设计，实现了供电系统中二次配电方案的控制与管理的模拟演示。
控制中心是ELMC的核心，本文采用改进后的单通道布局方案，设计了以工控机PC104为核心的硬件系统和μC／OS-Ⅱ为核心的多任务软件系统。软件设计采用结构化方法，按照实时多任务设计流程，完成系统数据流图和应用软件的设计。文中详细分析了任务划分、任务优先级分配、各任务流程图设计及任务间的并行工作方式等；设计完成了ELMC原理样机，并与供电处理机、固态功率控制器和伺服控制系统进行联合调试。实验结果表明，该样机系统达到了预期的功能要求。
More Electric Aircraft (MEA) is a feature of advanced fight plane. It is important to study Electric Load Manage Center (ELMC), which is the key unit of MEA.
The latest development of ELMC, which is composed of Distribution Power Center Unit (DPCU) and Electrical Remote Terminal (ERT), is generalized in the paper. ELMC scheme is presented according to the characteristic of avionics and the request of Fault Tolerant Electrical Power System (FTEP). FTEP structure based on 270V direct current is then designed to realize the demonstration of DPCU.
Applying the layout of improved ERT with single channel, ERT is designed as an embedded real-time multitask system basing on PC104 and μC/OS-Ⅱ in the paper. Meanwhile, according to the process of real-time multitask design, Data Flow Diagram (DFD) of ERT software is constructed and application software is developed by the DFD. The method of ERT software development is Structure Programming (SP). In software development, distribution, priority, task flow chart design, parallel schedule of tasks are discussed in detail.
Finally, ELMC model is finished and tested with Power System Processor (PSP), Solid State Power Controller (SSPC), and servo system. Experiment proves that ELMC can fulfill planned function perfectly.
本文首先分析了ELMC在国内外研究发展状况，并依据航空电子系统特点和容错供电要求，提出了由配电中心和控制中心组成的ELMC的总体方案；完成了270V高压直流供电的飞机容错供电系统方案的设计，实现了供电系统中二次配电方案的控制与管理的模拟演示。
控制中心是ELMC的核心，本文采用改进后的单通道布局方案，设计了以工控机PC104为核心的硬件系统和μC／OS-Ⅱ为核心的多任务软件系统。软件设计采用结构化方法，按照实时多任务设计流程，完成系统数据流图和应用软件的设计。文中详细分析了任务划分、任务优先级分配、各任务流程图设计及任务间的并行工作方式等；设计完成了ELMC原理样机，并与供电处理机、固态功率控制器和伺服控制系统进行联合调试。实验结果表明，该样机系统达到了预期的功能要求。
More Electric Aircraft (MEA) is a feature of advanced fight plane. It is important to study Electric Load Manage Center (ELMC), which is the key unit of MEA.
The latest development of ELMC, which is composed of Distribution Power Center Unit (DPCU) and Electrical Remote Terminal (ERT), is generalized in the paper. ELMC scheme is presented according to the characteristic of avionics and the request of Fault Tolerant Electrical Power System (FTEP). FTEP structure based on 270V direct current is then designed to realize the demonstration of DPCU.
Applying the layout of improved ERT with single channel, ERT is designed as an embedded real-time multitask system basing on PC104 and μC/OS-Ⅱ in the paper. Meanwhile, according to the process of real-time multitask design, Data Flow Diagram (DFD) of ERT software is constructed and application software is developed by the DFD. The method of ERT software development is Structure Programming (SP). In software development, distribution, priority, task flow chart design, parallel schedule of tasks are discussed in detail.
Finally, ELMC model is finished and tested with Power System Processor (PSP), Solid State Power Controller (SSPC), and servo system. Experiment proves that ELMC can fulfill planned function perfectly.
引文
[1] Fault Tolerant Electrical Power System, Phase Ⅰ: Study,FWAL-TR-86-2084, AD-A177061.
[2] Fault Tolerant Electrical Power System, Phase Ⅱ : Analysis and Preliminary Design, AFWAL-TR-86-2084, AD-A177278.
[3] Solid-state power controllers for the next generation Friedman, S.N.; Aerospace and Electronics Conference, 1992.
[4] Miguel A.Maldonado: Naren M.Shah, Keith J, Cleek:George J.Korba Power Management and Distribution System for a More-Electric Aircraft(MADMEL) Program Status, IEEE AES Systems Magazine, December 1999
[5] Skvarenina. Timothy L: Wasyriczuk. Oleg: Krause. Paul C: Pekarek,Sreven D. Simulation Of MADMEL Power System Components, SAE Paper 981258.
[6] Advanced Aircraft Electrical System Control Technology Demonstrator. AFWAL-TR-83-2033, Boeing Military Airplane Company, May 1986.
[7] More-Electric aircraft technologies move from paper to platform, Journal of Aerospace and Defense Industry News, Jan. 23~(rd) 2001
[8] Electrical Actuation for Aircraft Flight Control Surfaces.
[9] Sriram Chandrasekaran Chairman: Dr.D.K.Lindner, Subsystem Design in Aircraft Power Distribution Systems using Optimization, The Bradley Department of Electrical and Computer Engineering.
[10] 王友仁、严仰光、陈鸿茂，飞机电气系统综合控制技术综述，航空电子技术，1998年第3期．
[11] 吕宗祺，新一代航空电子系统的结构及某些特点，航空电子技术，1995年第3期
[12] 傅大丰、杨善水、严仰光、刘祥，飞机自动配电管理系统电气负
载管理技术的研究，南京航空航天大学学报，2002年01期
[13] 容错供电系统分析与初步设计，中国航空工业总公司第301研究所，西北工业大学飞机电气研究所，1997年7月
[14] 杨善水、刘祥、严仰光，飞机电源系统 BIT 技术的应用及发展，南京航空航天大学学报，1998年05期
[15] 王友仁、陈鸿茂、严仰光、胡志忠，机载电源系统中用电负载的智能管理，南京航空航天大学学报，1995年01期
[16] 郭为萍，配电自动化负载管理中心的研究与样机研制，西北工业大学硕士论文，2001年3月
[17] 刘震，先进飞机配电系统顶层控制软件的研究与设计，西北工业大学硕士论文，2002年3月
[18] 杨国科，先进飞机电气系统汇流条控制器的设计与研制，西北工业大学硕士论文，2002年3月
[19] 谢威，飞机电源负载智能分配系统仿真与研究，西北工业大学硕士论文，2002年3月
[20] 周素莹，多电飞机电气系统的研究，西北工业大学硕士论文，2003年3月
[21] 张海军，多电飞机供电处理机和负载管理中心的研究，2003年3月
[22] 康华光、陈大钦，电子技术基础(模拟部分)，高等教育出版社，1996年6月
[23] 于敦，国外飞机供电系统手册，中国航空信息中心，1997年5月
[24] 徐九如，新一代航空电子模块化结构浅探，航空电子技术，1996年第1期．
[25] 孙成秀、陶振权、张宪震，VB环境下对双端口RAM物理读写的实现，电子技术应用，2001年第3期
[26] 张晓斌、宁飞、吴小华等，飞机高压直流固态功率控制器的研究．
[27] 姬劳、张晓斌、赵巍 译校，容错供电系统负载研究，西北工业大学电气系统研究所、中国航空工业总公司第301研究所，1997年7月
[28] 姬劳、张晓斌、赵巍 译校，容错供电系统分析与初步设计，西北工业大学电气系统研究所、中国航空工业总公司第301研究所，1997年7月
[29] JEAN J．LABROSSE 著，邵贝贝译，μC／OS—Ⅱ—源码公开的实时嵌入式操作系统，中国电力出版社，2001年8月
[30] SysCentreModule~(TM)／SuperDxe技术手册，盛博科技，2002年
[31] JEAN J．LABROSSE 著，嵌入式系统构件，机械工业出版社，2002年2月．
[32] 王士元编著，C高级实用程序设计，清华大学出版社，1996年3月
[33] http://www.engineering.usu.edu,Electrical&Computer Engineering Utah State University
[34] http://www.21ic.com, 中国电子网
[35] http://www.embeded.com.cn, 嵌入式开发网
[36] ADT800技术手册，奇维公司，2002年
[37] http://www.csdn.net，中国软件开发网(程序员大本营)
[38] 李大友，微型计算机接口技术，高等教育出版社，1990年9月
[39] 李广军、王厚军，实用接口技术，电子科技大学出版社，1998年2月
[40] 谭浩强，C程序设计，清华大学出版社，1991年
[41] 史新福，32位微型计算机原理接口技术及其应用，西北工业大学出版社，2000年1月
[42] 郑初华，汇编语言、微机原理及接口技术，电子工业出版社，2003年
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[37] http://www.csdn.net，中国软件开发网(程序员大本营)
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[42] 郑初华，汇编语言、微机原理及接口技术，电子工业出版社，2003年