一种双体模型验证机及机载电缆网分段阻抗自匹配方法与流程

1.本发明涉及航空技术领域，更具体的是涉及一种双体模型验证机及机载电缆网分段阻抗自匹配方法。


背景技术：

2.双体模型验证机用分段机载电缆网是实现大型双体模型验证机全机通信、驱动和供电信号传输的核心系统。大型双体模型验证机结构复杂、机载电气设备数量和种类较多，对控制信号、驱动信号和供电信号要求高，电缆走线排布复杂，运输和调试需要反复拆装运输，因此需要设置电缆分离面，保证电缆具备随机体的可拆卸性。机载设备接入机载电缆网后，需要根据最终信号传输质量和阻抗匹配实际情况分段调节匹配电阻，针对特定负载需要增加吸收电路，以保证舵机、起落架等特殊部件正常工作。根据所在温度环境等实际情况不断调节匹配阻抗是提高信号质量，也是提升信号传输质量的重要途径之一。
3.目前大型双体模型验证机用机载电缆网长度长、环路较多，直流供电信号、pwm驱动信号、交流信号互相耦合影响信号传输质量，目前阻抗匹配主要是通过统一的固定阻值阻抗匹配实现的，大型双体模型验证机飞行高度高，地面与空中环境条件相差较大，高空温度、振动、电磁辐射会对电缆网通信、驱动和供电造成较大影响，固定阻值的阻抗匹配实现随环境条件的变化对匹配阻抗进行动态调节，信号耦合严重，极易导致通讯和控制信号失真，供电信号质量下降。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：为了解决上述技术问题，本发明提供一种双体模型验证机及机载电缆网分段阻抗自匹配方法。
5.本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
6.一种双体模型验证机，双体模型验证机设置多个分离面将机载电缆网分为多段电缆，每个分离面处均设置有阻抗自匹配单元；
7.阻抗自匹配单元包括电压传感器、电流传感器、信号采集电路、信号处理模块、核心控制单元和数字电位器；
8.其中，电压传感器和电流传感器采集电压和电流信息并传递给信号采集电路，信号采集电路将接收到的电压和电流信息传递给信号处理模块，信号处理模块接收电压和电流信息并将其转换为数字信号后传递给核心控制单元，核心控制单元接收数字信号并进行计算、向数字电位器下发控制信号，数字电位器读取控制信号后通过调节各负载回路输出阻抗值，对电缆进行阻抗匹配。
9.进一步地，核心控制单元通过通讯模块与飞控计算机连接。
10.进一步地，机载电缆网分为左机身电缆、右机身电缆、左机翼电缆、右机翼电缆、左垂尾电缆、平尾电缆和尾迹耙电缆。
11.进一步地，数字电位器的两端设置有tvs钳位二极管和吸收电容。
12.进一步地，两个相邻的阻抗自匹配单元之间通过带有锁紧机构的多芯电连接器和多芯电缆进行连接。
13.进一步地，多芯电缆的包裹层中设置有屏蔽层。
14.另外，本发明还提供了一种用于上述双体模型验证机用机载电缆网分段阻抗自匹配方法，每个阻抗自匹配单元进行阻抗自匹配的方法包括以下步骤：
15.步骤s1：获取地面状态下的电压与电流的变化率；
16.步骤s2：获取空中状态下多个采样点的电压与电流的变化率，再计算得到电压与电流的变化率平均值；
17.步骤s3：将步骤s2得到的电压与电流的变化率平均值与步骤s1得到的地面状态下的电压与电流的变化率进行差值计算，得到偏差率；
18.步骤s4：若步骤s3得到的偏差率大于10％，开始执行阻抗自匹配，动态调节匹配电阻，直至偏差率小于10％为止。
19.进一步地，在步骤s1之前，获取初始匹配电阻值，若步骤s3得到的差值大于地面状态下的电压与电流的变化率的10％，则在初始匹配电阻值的基础上动态调节匹配电阻。
20.进一步地，初始匹配电阻值的计算公式为：
[0021][0022]
其中，rc为初始匹配电阻值；l为电感；c为电容。
[0023]
进一步地，电压与电流的变化率的计算公式为：
[0024][0025][0026]
其中，u为该电缆段的两端电压；l为电感；为电流的变化率；i为流经电缆的电流；c为电容；为电压的变化率。
[0027]
本发明的有益效果如下：
[0028]
1.本发明通过多个分离面将机载电缆网分为多段电缆，保证机载电缆网能够随机体进行反复拆装运输；通过在每个分离面处设置阻抗自匹配单元，实现电压采集和电流采集，通过分析电压与电流关断时间、时序及变化率，判断所在段电缆回路的阻抗特性、阻尼状态、振荡情况，并进行自匹配调节，通过分段调节的方式提高电缆网自匹配能力和自匹配响应速率，实现快速高质量通信、驱动和供电信号传输。
[0029]
2.本发明通过设置tvs钳位二极管和吸收电容，能够提升驱动信号波形线性程度，吸收电压振荡，优化驱动波形。
[0030]
3.本发明通过使用带有锁紧机构的多芯电连接器和多芯电缆进行连接，能够满足高空温度环境、振动环境、电磁辐射环境要求，安装牢固且方便拆装。
[0031]
4.本发明通过采用带有屏蔽层的多芯电缆进行电缆网构建，将屏蔽层分别连接至
大型双体模型验证机机体上，由于大型双体模型验证机采用碳纤维和不锈钢作为机身材料，能够有效的吸收屏蔽层因电磁干扰产生的电流并进行释放。
[0032]
5.本发明通过对所在段电缆回路内电压和电流的监测，能够对所在段电缆回路内的部分故障进行判断，当电流电压出现异常情况且配电系统未响应时，通过通讯模块将故障信息上传至飞控计算机，飞控计算机控制核心控制单元主动执行限流等操作。
[0033]
6.本发明通过将二阶电路模型和滞环反馈模型引入阻抗自匹配控制流程中，通过调节各自的数字电位器实现分段阻抗自匹配的方法，提高了大型双体模型验证机用机载电缆网的信号传输精度，提升了通信、驱动和供电信号的传输质量。
附图说明
[0034]
图1是本发明的分段阻抗自匹配机载电缆网布局示意图；
[0035]
图2是本发明中阻抗自匹配单元的系统流框图；
[0036]
图3是本发明的分段阻抗自匹配机载电缆网控制流程图。
[0037]
附图标记：1-分离面一；2-分离面二；3-分离面三；4-分离面四；5-分离面五；6-分离面六；7-分离面七；8-分离面八；9-分离面九；10-分离面十；11-左机身电缆；12-右机身电缆；13-左机翼电缆；14-右机翼电缆；15-左垂尾电缆；16-平尾电缆；17-尾迹耙电缆。
具体实施方式
[0038]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0039]
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0040]
实施例1
[0041]
如图1和图3所示，本实施例提供一种双体模型验证机，双体模型验证机设置多个分离面将机载电缆网分为多段电缆，每个分离面处均设置有阻抗自匹配单元；
[0042]
阻抗自匹配单元包括电压传感器、电流传感器、信号采集电路、信号处理模块、核心控制单元和数字电位器；
[0043]
其中，电压传感器和电流传感器采集电压和电流信息并传递给信号采集电路，信号采集电路将接收到的电压和电流信息传递给信号处理模块，信号处理模块接收电压和电流信息并将其转换为数字信号后传递给核心控制单元，核心控制单元接收数字信号并进行计算、向数字电位器下发控制信号，数字电位器读取控制信号后通过调节各负载回路输出阻抗值，对电缆进行阻抗匹配。
[0044]
具体地，电压传感器和电流传感器实时采集所在段机载电缆及所连接负载在分离面采样点处的电压和电流。
[0045]
进一步地，机载电缆网分为左机身电缆11、右机身电缆12、左机翼电缆13、右机翼
电缆14、左垂尾电缆15、平尾电缆16和尾迹耙电缆17。
[0046]
具体地，如图1所示，分离面的数量有十个，分别为分离面一1、分离面二2、分离面三3、分离面四4、分离面五5、分离面六6、分离面七7、分离面八8、分离面九9和分离面十10，通过上述十个分离面将验证机的全机电缆网分为左机身电缆11、右机身电缆12、左机翼电缆13、右机翼电缆14、左垂尾电缆15、平尾电缆16和尾迹耙电缆17，设备电缆采用预埋安装的方式。在每个分离面上设置阻抗自匹配单元，进行分段阻抗自匹配。
[0047]
本发明通过多个分离面将机载电缆网分为多段电缆，保证机载电缆网能够随机体进行反复拆装运输；通过在每个分离面处设置阻抗自匹配单元，实现电压采集和电流采集，通过分析电压与电流关断时间、时序及变化率，判断所在段电缆回路的阻抗特性、阻尼状态、振荡情况，并进行自匹配调节，通过分段调节的方式提高电缆网自匹配能力和自匹配响应速率，实现快速高质量通信、驱动和供电信号传输。
[0048]
实施例2
[0049]
本实施例是在实施例1的基础上，对本发明做出进一步地优化说明。
[0050]
进一步地，核心控制单元通过通讯模块与飞控计算机连接。
[0051]
本发明通过对所在段电缆回路内电压和电流的监测，能够对所在段电缆回路内的部分故障进行判断，当电流电压出现异常情况且配电系统未响应时，通过通讯模块将故障信息上传至飞控计算机，飞控计算机控制核心控制单元主动执行限流等操作。
[0052]
阻抗匹配后进一步对波形质量进行优化，进一步地，数字电位器的两端设置有tvs钳位二极管和吸收电容。
[0053]
需要说明的是，对关断时间有严格要求的机载设备，采用有源钳位电路调节钳位电压满足关断时间及电流电压变化率要求。
[0054]
本发明通过设置tvs钳位二极管和吸收电容，能够提升驱动信号波形线性程度，吸收电压振荡，优化驱动波形。
[0055]
进一步地，两个相邻的阻抗自匹配单元之间通过带有锁紧机构的多芯电连接器和多芯电缆进行连接。
[0056]
本发明通过使用带有锁紧机构的多芯电连接器和多芯电缆进行连接，能够满足高空温度环境、振动环境、电磁辐射环境要求，安装牢固且方便拆装。
[0057]
进一步地，多芯电缆的包裹层中设置有屏蔽层。
[0058]
本发明通过采用带有屏蔽层的多芯电缆进行电缆网构建，将屏蔽层分别连接至大型双体模型验证机机体上，由于大型双体模型验证机采用碳纤维和不锈钢作为机身材料，能够有效的吸收屏蔽层因电磁干扰产生的电流并进行释放。
[0059]
实施例3
[0060]
本实施例是在上述实施例基础上，如图1到图3所示，本发明还提供了一种用于上述双体模型验证机用机载电缆网分段阻抗自匹配方法，每个阻抗自匹配单元进行阻抗自匹配的方法包括以下步骤：
[0061]
步骤s1：获取地面状态下的电压与电流的变化率；
[0062]
步骤s2：获取空中状态下多个采样点的电压与电流的变化率，再计算得到电压与电流的变化率平均值；
[0063]
步骤s3：将步骤s2得到的电压与电流的变化率平均值与步骤s1得到的地面状态下
的电压与电流的变化率进行差值计算，得到偏差率；
[0064]
步骤s4：若步骤s3得到的偏差率大于10％，开始执行阻抗自匹配，动态调节匹配电阻，直至偏差率小于10％为止。
[0065]
需要说明的是，上述的偏差率指的是电压与电流的变化率平均值与地面状态下的电压与电流的变化率的差值占地面状态下的电压与电流的变化率的比值。
[0066]
具体地，本发明的阻抗自匹配算法是基于二阶电路模型和滞环反馈模型构建的。在电缆网布设完成后，按照实际驱动电路和通讯信号的工作频率初步测量所在电缆回路的电感l和电容c，根据二阶电路临界阻尼计算公式得到初始匹配电阻值rc。
[0067][0068]
其中，rc为初始匹配电阻值；l为电感；c为电容。
[0069]
核心控制单元将rc1、rc2
……
分别赋值给对应的数字电位器，以此作为匹配电阻的初值。
[0070]
在地面调试时，根据二阶电路容性负载和感性负载计算公式计算出电压与电流的变化率，认为该变化率是地面状态下该电缆回路的最优驱动波形变化率。
[0071]
电压与电流的变化率的计算公式为：
[0072][0073][0074]
其中，u为该电缆段的两端电压；l为电感；为电流的变化率；i为流经电缆的电流；c为电容；为电压的变化率。
[0075]
通过电压传感器和电流传感器对所在段的电压和电流采样，并实时计算和数字滤波处理电压和电流变化率，取十个采样点对电压和电流变化率进行计算，并取平均值，能够避免因计算错误导致的数据偏差，将该平均值与地面状态下电压变化率和电流变化率进行对比，平均值低于地面变化率或高于地面变化率偏差超过10％时，开始执行阻抗自匹配。将初始匹配电阻值作为基础，根据变化率的差值计算得到数字电位器数字量调节输入，数字电位器根据数字量调节输入调节匹配电阻值，不断根据反馈调节进行电阻微调，直至达到将偏差率控制在10％的范围内，保证所在电缆回路处于临界阻尼和微过阻尼状态；通过判断变化率为0的数量间接判断振荡次数，作为阻尼状态的备用判据。
[0076]
本发明通过将二阶电路模型和滞环反馈模型引入阻抗自匹配控制流程中，通过调节各自的数字电位器实现分段阻抗自匹配的方法，提高了大型双体模型验证机用机载电缆网的信号传输精度，提升了通信、驱动和供电信号的传输质量。