一種適用于平流層飛艇電源控制器的地面測試系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于平流層飛艇電源控制器的地面測試系統(tǒng)，該地面測試系統(tǒng)應(yīng)用于平流層飛艇電源控制器的研制和測試過程中；其由工控計算機、CAN總線、數(shù)據(jù)采集單元、太陽能電池陣模擬器、蓄電池模擬器、負(fù)載模擬器和環(huán)境控制模擬箱組成。采用CAN總線與平流層飛艇電源控制器進行通信，并與工控計算機、數(shù)據(jù)采集單元相結(jié)合，在工控計算機下發(fā)的信號下完成電源控制器功能和性能的測試。本發(fā)明設(shè)計的地面測試系統(tǒng)降低了測試成本，提高了測試效率。
【專利說明】-種適用于平流層飛艇電源控制器的地面測試系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種針對電源控制器的地面測試系統(tǒng)，更特別地說，是指一種適用于 平流層飛艇電源控制器的地面測試系統(tǒng)。本發(fā)明的地面測試系統(tǒng)能夠測試平流層飛艇在飛 行環(huán)境下的電源控制器的功能和性能。

【背景技術(shù)】
[0002] 平流層飛艇作為近空間對地觀測平臺的一種實現(xiàn)方案，主要依靠自身鹿大體積產(chǎn) 生的浮力而不像其它飛行器依靠相對空氣運動產(chǎn)生升力，所W飛艇能夠W較慢的速度飛行 甚至能夠在空中長期保持定點息停即相對地面靜止。具有長時間在平流層自主飛行的能 力，是平流層飛艇設(shè)計的一個重要目標(biāo)。能源系統(tǒng)是保證飛艇能夠長期工作的關(guān)鍵之一。柔 性薄膜太陽能電池、儲能電池及能源管理技術(shù)又是能源系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003] 在2006年06月第27卷第2期《航天返回與遙感》中公開的"平流層飛艇的能源 技術(shù)和平衡分析"，作者劉大海。該期刊的第3節(jié)能源系統(tǒng)構(gòu)成中公開了平流層飛艇的能 源系統(tǒng)組成，即能源系統(tǒng)一般構(gòu)成有：太陽能電池、再生燃料電池W及裡離子電池、動力推 進、有效載荷和能源管理單元（又稱電源控制器，W下稱電源控制器）等，如圖2所示。
[0004] 平流層飛艇具有定點息浮和機動飛行能力，其設(shè)計滯空時間可長達數(shù)月或1年W 上。而平流層環(huán)境比地面環(huán)境惡劣，溫度常年在零下60度，氣壓在lOkPaW下，同時長期駐 空的平流層飛艇電源控制器功率較大，lOOkW左右，甚至更高，電壓較高，在300V?500V之 間，長時間低溫低氣壓環(huán)境對平流層飛艇高電壓大功率能源系統(tǒng)可靠運行，特別是對電源 控制器的長時間可靠運行提出了巨大的挑戰(zhàn)。同時目前柔性薄膜太陽能電池效率較低，為 了提高能源利用率，電源控制器一般帶有最大功率跟蹤（又稱MPPT)功能。為了提高平流層 飛艇能源系統(tǒng)可靠性和性能，需要在地面做相關(guān)模擬平流層環(huán)境對電源控制器進行測試、 檢驗和標(biāo)定等一系列試驗，試驗合格后方能用于平流層飛艇實際飛行試驗。但到目前為止， 還沒有針對平流層飛艇高電壓大功率電源控制器，特別是帶最大功率跟蹤功能的電源控制 器的相關(guān)測試系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了在地面測試平流層飛艇電源控制器飛行工況下的功能和性能，本發(fā)明設(shè)計了 一種適用于平流層飛艇電源控制器的地面測試系統(tǒng)。該地面測試系統(tǒng)通過CAN總線與平流 層飛艇電源控制器進行通信，并與工控計算機、數(shù)據(jù)采集單元相結(jié)合，在工控計算機下發(fā)的 信號下完成電源控制器功能和性能的測試。所述數(shù)據(jù)采集單元利用多種類型傳感器采集關(guān) 聯(lián)數(shù)據(jù)信息，并進行數(shù)據(jù)信息的轉(zhuǎn)換W滿足CAN總線的傳輸。所述工控計算機中采用編程 軟件編寫了符合電源控制器的控制處理方式，能夠方便仿真出平流層飛艇電源控制器在不 同工況（平流層環(huán)境）下的測試結(jié)果，有利于及時更正和調(diào)整電源控制器的設(shè)計參數(shù)，W滿 足電源控制器試驗產(chǎn)品的驗收合格。本發(fā)明設(shè)計的地面測試系統(tǒng)降低了測試成本，提高了 測試效率。
[0006] 本發(fā)明是一種適用于平流層飛艇電源控制器的地面測試系統(tǒng)，該地面測試系統(tǒng)應(yīng) 用于平流層飛艇電源控制器的研制和測試過程中；其包括有；工控計算機、CAN總線、數(shù)據(jù) 采集單元、太陽能電池陣模擬器、蓄電池模擬器、負(fù)載模擬器和環(huán)境控制模擬箱；
[0007] 環(huán)境控制模擬箱內(nèi)安裝有平流層飛艇電源控制器；W及太陽能電池陣模擬器、蓄 電池模擬器、負(fù)載模擬器；
[0008] 數(shù)據(jù)采集單元由多個傳感器與傳感控制電路構(gòu)成；
[0009] 工控計算機中存儲有測試內(nèi)容子系統(tǒng)TC，測試內(nèi)容子系統(tǒng)TC通過仿真手段在地 面對平流層飛艇電源控制器進行平流層工況條件下的性能和功能進行測試；
[0010] 太陽能電池陣模擬器用于為平流層飛艇電源控制器供電；太陽能電池陣模擬器輸 出的是平流層飛艇電源控制器在平流層環(huán)境下的真實輸出功率狀況；
[0011] 蓄電池模擬器用于模擬平流層飛艇電源控制器中蓄電池組的充放電特性，W驗證 所述蓄電池組充放電是否正常；
[0012] 負(fù)載模擬器用于模擬平流層飛艇的負(fù)載的真實工作狀況，為平流層飛艇電源控制 器提供可變負(fù)載，W驗證電源控制器工作是否正常；
[0013] 環(huán)境控制模擬箱用于提供平流層環(huán)境的溫度和氣壓，使安裝在環(huán)境控制模擬箱箱 內(nèi)的平流層飛艇電源控制器、太陽能電池陣模擬器、蓄電池模擬器、負(fù)載模擬器運行于平流 層環(huán)境中。
[0014] 本發(fā)明地面測試系統(tǒng)的優(yōu)點在于：
[0015] ①在工控計算機W及保存在工控計算機硬盤上的測試內(nèi)容軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)對平流 層飛艇電源控制器的性能測試、功能測試、W及技術(shù)指標(biāo)測試。利用CAN總線將工控計算機 與數(shù)據(jù)采集單元、太陽能電池陣模擬器、電源控制器、負(fù)載模擬器、蓄電池模擬器和環(huán)境模 擬箱實現(xiàn)通訊連接，降低了信號損耗。
[0016] ②采用環(huán)境控制模擬箱來提供平流層環(huán)境，模擬真實工況，使得測試結(jié)果符合實 際要求。
[0017] ③在平流層飛艇電源控制器上安裝不同類型的傳感器，并將各個傳感器與傳感控 制電路連接；在傳感控制電路中對采集到的與平流層飛艇電源控制器工作時的檢測參數(shù)進 行處理，隨后經(jīng)CAN總線輸出至工控計算機中，在測試內(nèi)容軟件下對檢測參數(shù)進行實時演 示，W此獲取測試結(jié)果，并與電源控制器自帶參數(shù)顯示進行對比。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明設(shè)計的適用于平流層飛艇電源控制器的地面測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0019] 圖2是傳統(tǒng)平流層飛艇能源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0020] 圖3是本發(fā)明數(shù)據(jù)采集單元電路圖。
[0021] 圖4是本發(fā)明電源控制器自動測試流程圖。

【具體實施方式】
[0022] 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0023] 參見圖1所示，本發(fā)明設(shè)計了一種適用于平流層飛艇電源控制器的地面測試系 統(tǒng)，該地面測試系統(tǒng)應(yīng)用于平流層飛艇電源控制器的研制和測試過程中。本發(fā)明的地面測 試系統(tǒng)包括有工控計算機、CAN總線、數(shù)據(jù)采集單元、太陽能電池陣模擬器、蓄電池模擬器、 負(fù)載模擬器和環(huán)境控制模擬箱；所述環(huán)境控制模擬箱內(nèi)安裝有平流層飛艇電源控制器。所 述數(shù)據(jù)采集單元由多個傳感器與傳感控制電路構(gòu)成。
[0024] 太陽能電池陣模擬器用于為平流層飛艇電源控制器供電。太陽能電池陣模擬器輸 出的是平流層飛艇電源控制器在平流層環(huán)境下的真實輸出功率狀況。
[00巧]蓄電池模擬器用于模擬平流層飛艇電源控制器中蓄電池組的充放電特性，W驗證 所述蓄電池組充放電是否正常。
[0026] 負(fù)載模擬器用于模擬平流層飛艇的負(fù)載的真實工作狀況，為平流層飛艇電源控制 器提供可變負(fù)載，W驗證電源控制器工作是否正常。
[0027] 環(huán)境控制模擬箱用于提供平流層環(huán)境的溫度和氣壓，使安裝在環(huán)境控制模擬箱箱 內(nèi)的平流層飛艇電源控制器、太陽能電池陣模擬器、蓄電池模擬器、負(fù)載模擬器運行于平流 層環(huán)境中。
[002引本發(fā)明設(shè)計的地面測試系統(tǒng)分為電線連接和通訊連接。
[002引（一）電線連接
[0030] 一般地，平流層飛艇電源控制器上設(shè)有充電調(diào)節(jié)器、放電調(diào)節(jié)器、最大功率跟蹤調(diào) 節(jié)器、輸入端、輸出端。
[0031] 在本發(fā)明中，電源控制器的輸入端上連接太陽能電池陣模擬器，電源控制器的輸 出端上連接負(fù)載模擬器，電源控制器的充電調(diào)節(jié)器和放電調(diào)節(jié)器上連接蓄電池模擬器。
[0032] 在本發(fā)明中，電源控制器上安裝有多個傳感器，所述傳感器用于采集電源控制器 (由于采集電源控制器置于環(huán)境控制模擬箱內(nèi)，在地面測試時，由環(huán)境控制模擬箱能夠產(chǎn)生 平流層的溫度和氣壓工況）的輸入端電流、輸入端電壓、輸出端電流、輸出端電壓、充電電 流、充電電壓、工況溫度。多個傳感器與傳感控制電路構(gòu)成數(shù)據(jù)采集單元。所述傳感器包括 有溫度傳感器、電壓傳感器和電流傳感器。
[0033] 數(shù)據(jù)采集單元
[0034] 根據(jù)不同測試要求，每個測試項目中可自定義的檢測參數(shù)主要有；電源控制器的 輸入端電流、輸入端電壓、輸出端電流、輸出端電壓、充電電流、充電電壓、工況溫度、紋波W 及電源變換效率。其中，紋波及電源變換效率通過輸入端電流、輸入端電壓、輸出端電流、輸 出端電壓、充電電流、充電電壓計算得到。
[0035] 應(yīng)用到本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集單元包括高速數(shù)據(jù)采集和普通數(shù)據(jù)采集，母線電壓和母 線電流采集采用高速數(shù)據(jù)采集，蓄電池充電電壓、充電電流、放電電壓、放電電流和溫度采 用低速數(shù)據(jù)采集。高速數(shù)據(jù)采集不能像普通數(shù)據(jù)采集及系統(tǒng)通過對A/D變換器的控制實 現(xiàn)，因為高速A/D建立穩(wěn)定的工作狀態(tài)需要相當(dāng)長時間，頻繁的改變A/D的工作狀態(tài)會影響 測量的精度，高速采集系統(tǒng)同步命令并不直接作用于高速A/D。自通電時起，A/D和時鐘電 路始終處于工作狀態(tài)，同步命令通過對高速FIFO的寫入端的控制，即允許或禁止對FIFO寫 入，實現(xiàn)對采樣數(shù)據(jù)的取舍。與A/D相比，高速FIFO的寫有效時間為化S，對同步和過程控 制更為有利。
[0036] 一次完整的測量過程是從DSP處理器發(fā)出同步命令開始的。同步命令一方面觸發(fā) 傳感器工作，另一方面允許對FIFO寫入，對采樣的數(shù)據(jù)進行存儲。當(dāng)緩存儲（CY7C1021存 儲芯片）的數(shù)據(jù)到達預(yù)定的數(shù)量時，F(xiàn)IFO的特定狀態(tài)位置位，引發(fā)DSP外部中斷。在中斷 服務(wù)程序中，DSP禁止對FIFO寫入、中斷數(shù)據(jù)的存儲，同時復(fù)位該狀態(tài)位。然后讀取數(shù)據(jù)， 待完成數(shù)據(jù)處理過程之后，DSP對FIFO復(fù)位清零。此即完成一次測量。
[0037] 參見圖3所示，數(shù)據(jù)采集單元中應(yīng)用到的芯片與電子元器件的連接，除圖中公開 的引腳連接外，其余為常規(guī)引腳連接，其管腳連接如下：
[0038]A電壓傳感器VS-A用于采集的是電源控制器的母線電壓。A電壓傳感器VS-A經(jīng)電 阻R2接地，經(jīng)電阻R1連接到運放U1 (AD8138芯片）的8腳，電阻R1接在電容C1、電阻R14 的一端和運放U1 (AD8138芯片）的8腳，電容C1、電阻R14的另一端和運放U1的5腳、電阻 R18的一端連接在一起，電阻R18的另一端與電容C15的一端和高速A/D芯片呪(AD9432芯 片）的49腳連接在一起，運放U1的1腳與電阻R15、電阻R4、電容C2的一腳連接在一起， 電阻R4的另一端與電阻R3 -端連接在一起，電阻R3的另一端接地。電阻R15和電容C2 的另一腳與運放U1的4腳、電阻R19的一腳連接在一起，電阻R19的另一腳與電容C15的 另一腳、高速A/D芯片呪的50腳連接在一起。高速A/D芯片呪與靜態(tài)隨機存儲器U7與 DSP處理器U9 (TMS20LF2407芯片）的相關(guān)管腳連接在一起。運放U1的2腳與電阻R20、電 阻R21和電容C16的一端連接在一起，電阻R21和電容C16的另一端接地，電阻R20的另一 端連接巧V。
[0039]A電流傳感器IS-A用于采集的是電源控制器的母線電流。A電流傳感器IS-A經(jīng)電 阻R5接地，經(jīng)電阻R6連接到運放U2 (AD8138芯片）的8腳，電阻R5接在電容C3、電阻R16 的一端和運放U2 (AD8138芯片）的8腳，電容C3、電阻R16的另一端和運放U2的5腳、電阻 22的一端連接在一起，電阻R22的另一端與電容C17的一端和高速A/D芯片U6 (AD9432芯 片）的49腳連接在一起，運放U2的1腳與電阻R8、電阻R17、電容C4的一腳連接在一起， 電阻R8的另一端與電阻R7-端連接在一起，電阻R7的另一端接地。電阻R17和電容C4 的另一腳與運放U2的4腳、電阻R23的一端連接在一起，電阻R23的另一端與電容C17的 另一端、高速A/D芯片U6的50腳連接在一起。高速A/D芯片U6與靜態(tài)隨機存儲器U8與 DSP處理器U9的相關(guān)管腳連接在一起。運放U2的2腳與電阻R24、電阻R25和電容C18的 一端連接在一起，電阻R25和電容C18的另一端接地，電阻R24的另一端連接巧V。
[0040]B電壓傳感器VS-B用于采集電源控制器對蓄電池的充電電壓。B電壓傳感器VS-B 經(jīng)電容巧接地，經(jīng)電阻R9連接到運放U3 (TL084芯片）的3腳，電阻R9的另一端與電容 C6、運放U3的3腳連接在一起，電容C6的另一端接地，運放U3的2腳、1腳與電阻R26的 一端連接在一起，電阻R26的另一端與電容C19、DSP處理器U9的103腳連接在一起，電容 C19的另一端接地。
[0041]B電流傳感器IS-B用于采集電源控制器對蓄電池的充電電流。B電流傳感器IS-B 經(jīng)電容C7接地，經(jīng)電阻R10連接到運放U3(TL084芯片）的5腳，電阻R10的另一端與電容 C8、運放U3的5腳連接在一起，電容C8的另一端接地，運放U3的5腳、6腳與電阻R27的 一端連接在一起，電阻R27的另一端與電容C20、DSP處理器U9的104腳連接在一起，電容 C20的另一端接地。
[0042]C電壓傳感器VS-C用于采集電源控制器對蓄電池的放電電壓。C電壓傳感器VS-C 經(jīng)電容C9接地，經(jīng)電阻R11連接到運放U3 (TL084芯片）的10腳，電阻R11的另一端與電容 CIO、運放U3的10腳連接在一起，電容CIO的另一端接地，運放U3的9腳、8腳與電阻R28 的一端連接在一起，電阻R28的另一端與電容C21、DSP處理器U9的105腳連接在一起，電 容C21的另一端接地。
[004引 C電流傳感器IS-C用于采集電源控制器對蓄電池的放電電流。C電流傳感器IS-C 經(jīng)電容C11接地，經(jīng)電阻R12連接到運放U3 (TL084芯片）的13腳，電阻R12的另一端與電 容C12、運放U3的13腳連接在一起，電容C12的另一端接地，運放U3的12腳、14腳與電阻 R29的一端連接在一起，電阻R29的另一端與電容C22、DSP處理器U9的106腳連接在一起， 電容C22的另一端接地。
[0044] 溫度傳感器TS用于采集電源控制器服役的工況溫度。溫度傳感器TS經(jīng)電容C13 接地，經(jīng)電阻R13連接到運放U4(TL084芯片）的3腳，電阻R13的另一端與電容C14、運放 U4的3連接在一起，電容C13的另一端接地，運放U4的2腳、1腳與電阻R30的一端連接在 一起，電阻R30的另一端與電容C23、DSP處理器U9的107腳連接在一起，電容C23的另一 端接地。
[0045]DSP處理器U9 (TMS20LF2407芯片）經(jīng)A光電禪合器U10 (HCPL0600芯片）、B光電 禪合器U11后連接到CAN總線的接口芯片U12 (PCA82C250)上，從而通過CAN總線與工控計 算機實現(xiàn)通訊。DSP處理器U9的72腳與A光電禪合器U10的3腳連接，A光電禪合器U10 的2腳經(jīng)電阻R31接電源，5腳接地，6腳與CAN總線的接口U12的1腳連接，7腳、8腳經(jīng)電 容C24接地，7腳、8腳經(jīng)電阻R33與6腳連接。DSP處理器U9的70腳與B光電禪合器U11 的3腳連接，B光電禪合器U11的2腳經(jīng)電阻R32接電源，5腳接地，6腳與CAN總線的接口 U12的1腳連接，7腳、8腳經(jīng)電容C25接地，7腳、8腳經(jīng)電阻R34與6腳連接。
[004引（二）通訊連接
[0047] 在本發(fā)明中，工控計算機通過CAN總線分別與數(shù)據(jù)采集單元、太陽能電池陣模擬 器、電源控制器、負(fù)載模擬器、蓄電池模擬器和環(huán)境模擬箱實現(xiàn)通訊連接。
[0048] 所述太陽能電池陣模擬器第一方面用于接收工控計算機下發(fā)的I-V曲線信息； 第二方面依據(jù)I-V曲線信息轉(zhuǎn)換成太陽能電池組的單體電池電壓SP輸出給電源控制器； 太陽能電池陣模擬器用于代替平流層飛艇用柔性薄膜太陽能電池陣。
[0049] 所述蓄電池模擬器第一方面用于接收工控計算機下發(fā)的電流電壓信號BIV;第二 方面依據(jù)電流電壓信號BIV轉(zhuǎn)換成蓄電池組的單體電池電壓BP輸出給電源控制器，第H方 面接收電源控制器對蓄電池模擬器進行充電。
[0050] 所述負(fù)載模擬器第一方面用于接收工控計算機下發(fā)的負(fù)載觸發(fā)信號及負(fù)載阻值 R0S;第二方面依據(jù)負(fù)載觸發(fā)信號及負(fù)載阻值R0S來轉(zhuǎn)換，從而輸出設(shè)定負(fù)載大小給電源控 制器。
[0051]所述環(huán)境控制模擬箱第一方面用于接收工控計算機下發(fā)的環(huán)境觸發(fā)信號T0S，第 二方面依據(jù)環(huán)境觸發(fā)信號T0S向箱內(nèi)提供溫度環(huán)境及氣壓環(huán)境。溫度環(huán)境調(diào)整范圍為零下 50度至零下70度。氣壓環(huán)境調(diào)整范圍為0?lOkPa。
[0052] 所述數(shù)據(jù)采集單元第一方面用于采集平流層飛艇電源控制器在工況下的電流一 電壓一溫度信號；第二方面對電流一電壓一溫度信號進行處理輸出采集電流一電壓一溫度 信號DV口，然后經(jīng)CAN總線輸出給工控計算機。
[0053] 所述工控計算機下發(fā)啟動指令0S給平流層飛艇電源控制器，使電源控制器進入 啟動狀態(tài)，同時也采集電源控制器實時的電流一電壓一溫度信號VIT。
[0054] 在工控計算機中，通過可視化顯示實時的電流一電壓一溫度信號VIT、采集電流一 電壓一溫度信號DV口；通過直觀顯示的電流一電壓一溫度信號，能夠判斷電源控制器輸出 信息的正確與否。
[0055] (H)對平流層飛艇電源控制器的測試分為功能測試和性能測試
[0056] 在本發(fā)明中，工控計算機中存儲有測試內(nèi)容子系統(tǒng)（Testcontent，TC)，測試內(nèi)容 子系統(tǒng)TC采用C語言編程，工控計算機選用研華工控機（IPC-6606)。測試內(nèi)容子系統(tǒng)TC 中存儲有一種或者多種類型的太陽能電池陣模擬器、電源控制器、負(fù)載模擬器、蓄電池模擬 器的特性和實驗數(shù)據(jù)，該些特性和實驗數(shù)據(jù)用于在測試過程中選擇。測試內(nèi)容子系統(tǒng)TC依 據(jù)圖4順序進行測試：
[0057] (A)地面測試系統(tǒng)初始化：
[0058] 檢查電線連接，在測試內(nèi)容子系統(tǒng)TC中能夠接收到平流層飛艇電源控制器、太陽 能電池陣模擬器、蓄電池模擬器、負(fù)載模擬器和環(huán)境控制模擬箱的信號響應(yīng)為正常。
[0059] 檢查通訊連接，在測試內(nèi)容子系統(tǒng)TC中能夠接收到平流層飛艇電源控制器、CAN 總線、數(shù)據(jù)采集單元、太陽能電池陣模擬器、蓄電池模擬器、負(fù)載模擬器和環(huán)境控制模擬箱 的啟動信號為正常。
[0060] 做進入測試內(nèi)容子系統(tǒng)TC的測試界面，提示是否進行自動測試，若點擊否，則進 行測試內(nèi)容選擇；選擇功能測試TCA或者性能測試TCB(參考了航天器的功能和性能的測試 要求來設(shè)置的），接下來選擇測試項目TCC。測試項目TCC包括充電功能測試、放電功能測 試和最大功率跟蹤能力測試。
[0061] (C)工況設(shè)置；測試飛艇上升、平飛和下降全過程電源控制器各種功能，W及部分 功能。
[0062] (D)點擊自動測試，太陽能電池陣模擬器開始通電，環(huán)境模擬箱程序自動開始設(shè)定 溫度和氣壓，溫度逐步降低，氣壓逐步降低，其中溫度和氣壓降低速度按照實際飛艇上升速 度曲線輸入，此時蓄電池模擬器自動接通，電源控制器加電，負(fù)載模擬器啟動模擬飛控等的 小負(fù)載值，此時主要測試飛艇上升過程電源控制器的功能和性能，飛艇假定在凌晨無太陽 光照釋放，此時主要是蓄電池通過電源控制器放電，檢查電源控制器中放電調(diào)節(jié)器的功能 開關(guān)和采集放電調(diào)節(jié)器的電壓和電流，并檢測紋波是否達到要求。當(dāng)采集系統(tǒng)自動測試到 溫度和氣壓達到飛艇設(shè)定高度時，自動開啟太陽能電池陣模擬器，太陽能電池陣模擬器里 設(shè)定好一天I-V曲線，太陽能電池陣模擬器的福照度逐漸增大，此時測試太陽能電池陣列 裡電池組聯(lián)合供電功能測試；
[0063] 似最大功率跟蹤能力測試：
[0064] 最大功率跟蹤能力是在特定光伏陣列運行工況下，測試電源控制器的運行最大功 率點的效率。
[0065] 按照太陽能電池的I-V特性曲線，在太陽能模擬器中編輯太陽能電池I-V特性曲 線的數(shù)據(jù)。通過描點法與I-V特性曲線對比，找出實際工作點在I-V特性曲線中的位置，與 理論最大功率相比，即為最大功率點的效率，進而驗證電源控制器的最大功率跟蹤能力。即 光伏陣列實際輸出功率與當(dāng)時可W達到的最大功率的比值在一段時間內(nèi)的積分再求平均 值?？蒞離散化n表示效率，n表示采樣點總數(shù)，i表示采樣點，Vi表 示實時跟蹤的最大功率點的電壓，li表示實時跟蹤的最大功率點的電流，Pmdx表示太陽能模 擬器中理論的最大功率。
[006引（巧太陽能電池陣列模擬器通電，進行充放電功能測試。
[0067]通過工控計算機控制進行充電功能測試，太陽能電池陣模擬器通過電源控制器連 接到負(fù)載或負(fù)載模擬器，主要測試電源控制器中充電調(diào)節(jié)模塊炬CR)功能及相關(guān)參數(shù)：控 制策略，電壓調(diào)節(jié)精度，太陽能電池陣電流，限流控制狀態(tài)。
[006引充電調(diào)節(jié)模塊炬CR)的控制策路是當(dāng)檢測到電池電壓沒到額定電壓時，先恒流充 電，當(dāng)檢測到電壓到額定電壓時恒壓充電。工控計算機首先通過CAN總線發(fā)送充電控制指 令，設(shè)置為最大電流充電，測試系統(tǒng)隨時采集充電調(diào)節(jié)模塊的電壓電流，能夠繪制出充電調(diào) 節(jié)模塊的恒流和恒壓充電曲線，并能夠顯示充電電壓紋波峰峰值和有效值。
[0069] 放電功能測試：放電功能主要是在非光照期間蓄電池通過電源控制器進行放電， 放電功能測試主要是測試放電最大電流能力，放電效率，過流，過壓關(guān)斷功能。
[0070] 通過工控計算機控制進行蓄電池放電功能測試，模擬逐漸從光照期間過度到非光 照期間，太陽能電池陣模擬器逐漸減小功率，放電調(diào)節(jié)器開始工作，此時逐漸加大負(fù)載調(diào)節(jié) 器的負(fù)載，調(diào)節(jié)至最大，然后逐漸減小，在調(diào)節(jié)負(fù)載的同時數(shù)據(jù)采集電路實時采集放電調(diào)節(jié) 器的數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)，并實施傳輸?shù)焦た赜嬎銠C上，并計算不同負(fù)載情況下的紋波系數(shù)。
[0071] 調(diào)節(jié)蓄電池模擬器的電壓大小，設(shè)置放電調(diào)節(jié)器不同的電壓值，看放電調(diào)節(jié)器輸 出（母線）是否穩(wěn)定在要求的范圍內(nèi)。測試放電效率nf，即リ.f 其中Va，ig是輸入 V a 1 a 電壓和輸入電流，即數(shù)據(jù)采集模塊中的蓄電池放電電壓和放電電流，V。，I。是輸出電壓和輸 出電流，即數(shù)據(jù)采集模塊中的母線電壓和電流。
[0072] 本發(fā)明的地面測試系統(tǒng)利用工控計算機上存儲了各地天氣情況和實驗數(shù)據(jù)，通過 CAN總線，工控計算機中的數(shù)據(jù)可發(fā)送至各模擬裝置，并可W接受電源控制器的檢測數(shù)據(jù)， 同時在工控計算機中編制了電源控制器采集分析軟件，通過該軟件可W給出被測試電源控 制器的功能完整性信息、性能參數(shù)、可靠性等，并根據(jù)檢驗標(biāo)準(zhǔn)給出該控制器是否符合某種 測試標(biāo)準(zhǔn)的報告。本發(fā)明地面測試系統(tǒng)不僅能夠真實模擬電源控制器的輸出狀態(tài)，W及電 源控制器與飛控各種通訊和命令功能，并能夠?qū)﹄娫纯刂破鬟M行評估，并給出評估報告。
【權(quán)利要求】
1. 一種適用于平流層飛艇電源控制器的地面測試系統(tǒng)，該地面測試系統(tǒng)應(yīng)用于平流層 飛艇電源控制器的研制和測試過程中；其特征在于包括有：工控計算機、CAN總線、數(shù)據(jù)采 集單元、太陽能電池陣模擬器、蓄電池模擬器、負(fù)載模擬器和環(huán)境控制模擬箱； 環(huán)境控制模擬箱內(nèi)安裝有平流層飛艇電源控制器；以及太陽能電池陣模擬器、蓄電池 模擬器、負(fù)載模擬器； 數(shù)據(jù)采集單元由多個傳感器與傳感控制電路構(gòu)成； 工控計算機中存儲有測試內(nèi)容子系統(tǒng)TC，測試內(nèi)容子系統(tǒng)TC通過仿真手段在地面對 平流層飛艇電源控制器進行平流層工況條件下的性能和功能進行測試； 太陽能電池陣模擬器用于為平流層飛艇電源控制器供電；太陽能電池陣模擬器輸出的 是平流層飛艇電源控制器在平流層環(huán)境下的真實輸出功率狀況； 蓄電池模擬器用于模擬平流層飛艇電源控制器中蓄電池組的充放電特性，以驗證所述 蓄電池組充放電是否正常； 負(fù)載模擬器用于模擬平流層飛艇的負(fù)載的真實工作狀況，為平流層飛艇電源控制器提 供可變負(fù)載，以驗證電源控制器工作是否正常； 環(huán)境控制模擬箱用于提供平流層環(huán)境的溫度和氣壓，使安裝在環(huán)境控制模擬箱箱內(nèi)的 平流層飛艇電源控制器、太陽能電池陣模擬器、蓄電池模擬器、負(fù)載模擬器運行于平流層環(huán) 境中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于平流層飛艇電源控制器的地面測試系統(tǒng)，其特征在 于：電源控制器的輸入端上連接太陽能電池陣模擬器，電源控制器的輸出端上連接負(fù)載模 擬器，電源控制器的充電調(diào)節(jié)器和放電調(diào)節(jié)器上連接蓄電池模擬器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于平流層飛艇電源控制器的地面測試系統(tǒng)，其特征在 于：傳感器用于米集電源控制器的輸入端電流、輸入端電壓、輸出端電流、輸出端電壓、充電 電流、充電電壓、工況溫度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的適用于平流層飛艇電源控制器的地面測試系統(tǒng)， 其特征在于：數(shù)據(jù)采集單元的引腳連接為： A電壓傳感器VS-A用于采集的是電源控制器的母線電壓；A電壓傳感器VS-A經(jīng)電阻R2 接地，經(jīng)電阻R1連接到運放U1 (AD8138芯片）的8腳，電阻R1接在電容C1、電阻R14的一 端和運放U1 (AD8138芯片）的8腳，電容C1、電阻R14的另一端和運放U1的5腳、電阻R18 的一端連接在一起，電阻R18的另一端與電容C15的一端和高速A/D芯片U5 (AD9432芯片） 的49腳連接在一起，運放U1的1腳與電阻R15、電阻R4、電容C2的一腳連接在一起，電阻 R4的另一端與電阻R3 -端連接在一起，電阻R3的另一端接地；電阻R15和電容C2的另一 腳與運放U1的4腳、電阻R19的一腳連接在一起，電阻R19的另一腳與電容C15的另一腳、 高速A/D芯片U5的50腳連接在一起；高速A/D芯片U5與靜態(tài)隨機存儲器U7與DSP處理 器U9 (TMS20LF2407芯片）的相關(guān)管腳連接在一起；運放U1的2腳與電阻R20、電阻R21和 電容C16的一端連接在一起，電阻R21和電容C16的另一端接地，電阻R20的另一端連接 +5V ； A電流傳感器IS-A用于采集的是電源控制器的母線電流；A電流傳感器IS-A經(jīng)電阻R5 接地，經(jīng)電阻R6連接到運放U2 (AD8138芯片）的8腳，電阻R5接在電容C3、電阻R16的一 端和運放U2 (AD8138芯片）的8腳，電容C3、電阻R16的另一端和運放U2的5腳、電阻22 的一端連接在一起，電阻R22的另一端與電容C17的一端和高速A/D芯片U6 (AD9432芯片） 的49腳連接在一起，運放U2的1腳與電阻R8、電阻R17、電容C4的一腳連接在一起，電阻 R8的另一端與電阻R7 -端連接在一起，電阻R7的另一端接地；電阻R17和電容C4的另一 腳與運放U2的4腳、電阻R23的一端連接在一起，電阻R23的另一端與電容C17的另一端、 高速A/D芯片U6的50腳連接在一起；高速A/D芯片U6與靜態(tài)隨機存儲器U8與DSP處理 器U9的相關(guān)管腳連接在一起；運放U2的2腳與電阻R24、電阻R25和電容C18的一端連接 在一起，電阻R25和電容C18的另一端接地，電阻R24的另一端連接+5V ; B電壓傳感器VS-B用于采集電源控制器對蓄電池的充電電壓；B電壓傳感器VS-B經(jīng)電 容C5接地，經(jīng)電阻R9連接到運放U3 (TL084芯片）的3腳，電阻R9的另一端與電容C6、運 放U3的3腳連接在一起，電容C6的另一端接地，運放U3的2腳、1腳與電阻R26的一端連 接在一起，電阻R26的另一端與電容C19、DSP處理器U9的103腳連接在一起，電容C19的 另一端接地； B電流傳感器IS-B用于采集電源控制器對蓄電池的充電電流；B電流傳感器IS-B經(jīng)電 容C7接地，經(jīng)電阻R10連接到運放U3 (TL084芯片）的5腳，電阻R10的另一端與電容C8、 運放U3的5腳連接在一起，電容C8的另一端接地，運放U3的5腳、6腳與電阻R27的一端 連接在一起，電阻R27的另一端與電容C20、DSP處理器U9的104腳連接在一起，電容C20 的另一端接地； C電壓傳感器VS-C用于采集電源控制器對蓄電池的放電電壓；C電壓傳感器VS-C經(jīng) 電容C9接地，經(jīng)電阻R11連接到運放U3(TL084芯片）的10腳，電阻R11的另一端與電容 C10、運放U3的10腳連接在一起，電容C10的另一端接地，運放U3的9腳、8腳與電阻R28 的一端連接在一起，電阻R28的另一端與電容C21、DSP處理器U9的105腳連接在一起，電 容C21的另一端接地； C電流傳感器IS-C用于采集電源控制器對蓄電池的放電電流；C電流傳感器IS-C經(jīng) 電容C11接地，經(jīng)電阻R12連接到運放U3 (TL084芯片）的13腳，電阻R12的另一端與電容 C12、運放U3的13腳連接在一起，電容C12的另一端接地，運放U3的12腳、14腳與電阻R29 的一端連接在一起，電阻R29的另一端與電容C22、DSP處理器U9的106腳連接在一起，電 容C22的另一端接地； 溫度傳感器TS用于采集電源控制器服役的工況溫度；溫度傳感器TS經(jīng)電容C13接地， 經(jīng)電阻R13連接到運放U4(TL084芯片）的3腳，電阻R13的另一端與電容C14、運放U4的 3連接在一起，電容C13的另一端接地，運放U4的2腳、1腳與電阻R30的一端連接在一起， 電阻R30的另一端與電容C23、DSP處理器U9的107腳連接在一起，電容C23的另一端接 地； DSP處理器U9 (TMS20LF2407芯片）經(jīng)A光電耦合器U10 (HCPL0600芯片）、B光電耦合 器U11后連接到CAN總線的接口芯片U12 (PCA82C250)上，從而通過CAN總線與工控計算機 實現(xiàn)通訊；DSP處理器U9的72腳與A光電耦合器U10的3腳連接，A光電耦合器U10的2腳 經(jīng)電阻R31接電源，5腳接地，6腳與CAN總線的接口 U12的1腳連接，7腳、8腳經(jīng)電容C24 接地，7腳、8腳經(jīng)電阻R33與6腳連接；DSP處理器U9的70腳與B光電耦合器U11的3腳 連接，B光電耦合器U11的2腳經(jīng)電阻R32接電源，5腳接地，6腳與CAN總線的接口 U12的 1腳連接，7腳、8腳經(jīng)電容C25接地，7腳、8腳經(jīng)電阻R34與6腳連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的適用于平流層飛艇電源控制器的地面測試系統(tǒng)， 其特征在于：工控計算機通過CAN總線分別與數(shù)據(jù)采集單元、太陽能電池陣模擬器、電源控 制器、負(fù)載模擬器、蓄電池模擬器和環(huán)境模擬箱實現(xiàn)通訊連接； 所述太陽能電池陣模擬器第一方面用于接收工控計算機下發(fā)的I 一 V曲線信息；第二 方面依據(jù)I 一 V曲線信息轉(zhuǎn)換成太陽能電池組的單體電池電壓SP輸出給電源控制器；太陽 能電池陣模擬器用于代替平流層飛艇用柔性薄膜太陽能電池陣； 所述蓄電池模擬器第一方面用于接收工控計算機下發(fā)的電流電壓信號BIV ;第二方面 依據(jù)電流電壓信號BIV轉(zhuǎn)換成蓄電池組的單體電池電壓BP輸出給電源控制器，第三方面接 收電源控制器對蓄電池模擬器進行充電； 所述負(fù)載模擬器第一方面用于接收工控計算機下發(fā)的負(fù)載觸發(fā)信號及負(fù)載阻值ROS ; 第二方面依據(jù)負(fù)載觸發(fā)信號及負(fù)載阻值ROS來轉(zhuǎn)換,從而輸出設(shè)定負(fù)載大小給電源控制 器； 所述環(huán)境控制模擬箱第一方面用于接收工控計算機下發(fā)的環(huán)境觸發(fā)信號TOS，第二方 面依據(jù)環(huán)境觸發(fā)信號TOS向箱內(nèi)提供溫度環(huán)境及氣壓環(huán)境；溫度環(huán)境調(diào)整范圍為零下50度 至零下70度；氣壓環(huán)境調(diào)整范圍為0?10kPa ; 所述數(shù)據(jù)采集單元第一方面用于采集平流層飛艇電源控制器在工況下的電流一電 壓一溫度信號；第二方面對電流一電壓一溫度信號進行處理輸出米集電流一電壓一溫度信 號DVIT，然后經(jīng)CAN總線輸出給工控計算機； 所述工控計算機下發(fā)啟動指令0S給平流層飛艇電源控制器，使電源控制器進入啟動 狀態(tài)，同時也采集電源控制器實時的電流一電壓一溫度信號VIT ; 在工控計算機中，通過可視化顯示實時的電流一電壓一溫度信號VIT、采集電流一電 壓一溫度信號DVIT;通過直觀顯示的電流一電壓一溫度信號，能夠判斷電源控制器輸出信 息的正確與否。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的適用于平流層飛艇電源控制器的地面測試系統(tǒng)， 其特征在于：該地面測試系統(tǒng)能夠?qū)ζ搅鲗语w艇電源控制器符合航天器要求的功能和性能 進行真實模擬。
【文檔編號】G05B23/02GK104375502SQ201410641241
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】徐國寧, 李兆杰, 姜魯華, 張衍壘, 王旭巍, 苗穎 申請人:中國科學(xué)院光電研究院