多泵试验台信号的采集及控制系统设计_开题报告

研究背景

多泵多体制液压系统原理性实验平台作为大型客机液压系统在型号研制过程中的一个预研和研究性平台，旨在完成从液压附件到系统建立的一系列创新设计实验工作，研究内容包括多泵流量匹配特性、压力脉动特性、油箱蓄压器容积匹配特性、温升特性、管路振动特性及导管连接方法等[1,2]。

随着国产大型飞机研制计划的逐步展开，飞机各个系统设计、集成与实验能力的重要性突显，已经到了不得不解决的地步，多泵多体制液压系统原理性实验平台应运而生[3,4]。本试验平台主要用于新型客机C919研制期间，液压系统工作原理设计验证使用，通过实验该平台的研制和试验，完成新型客机液压系统设计和参数确认，同时获得先进的飞机液压系统设计方法。

而多泵多体制液压系统原理性实验平台可以在实验平台上通过选择不同的泵源压力，分别进行3000psi、4000psi、5000psi压力级别下液压系统原理试验，通过试验研究各压力级别应用于大型客机的可行性，不但可以验证3000psi下某大型客机液压系统，亦可以研究更高压力级别液压系统在大型客机中的使用性能，进而为后续飞机液压系统设计积累知识和经验。因而该试验平台是一个集验证性试验和探索性实验于一体的多功能实验装备，必将成为国产大型客机研发的利器。

目前，虽然我国已经生产出大型客机C919,但国内在生产大型客机的技术方面经验积累相对于西方国家还是有一定差距的。国内针对飞机系统的试验台多数是针对飞机液压附件或者是针对液压铁鸟台架，飞机液压附件试验台是元件级试验台，而铁鸟试验台是系统级试验台。铁鸟试验台架是型号飞控、液压、起落架控制等系统实验必须用到的试验平台，按照1:1比例建造，在各系统全机地面模拟试验、各系统交联试验系统、功能性试验、耐久性试验、可靠性试验等重大试验中具有极其重要的作用，在任何型号的研制中，铁鸟试验台都是关键项目之一[5,6]。

信号采集与控制系统的性能不仅对试验台架的先进性和响应性起着决定性的影响，而且还影响到试验任务能否高质量完成。由于电子技术的发展，出现了各种数据采集、变换、放大、存储、处理、控制等方面的仪器[7],为快速组建性能完善的试验台信号采集与控制系统提供了物质技术基础。

控制系统是试验台的灵魂，包括计算机、操作系统、数据采集处理系统，接口电路等[8]。计算机可采用工控机、单片机、工作站等，为软件系统提供物质资源基础；操作系统为计算机系统提供软件保障，完成处理器、存储器、外围设备、文件、作业与用户接口的管理；二者共同完成运算的实施，协调处理各硬件与软件系统的工作，管理系统的软硬件信息等；数据处理系统对采集进来的数据进行必要的数字处理运算；如信号的数字滤波、测量误差的数字补偿、数据的线性拟合、结果的存储、打印、显示、回放等；接口电路完成对信号的硬件滤波、调理、信号转换、传输，将信号以合适的形式交给计算机与软件系统进行进一步的处理。

国内外研究现状

在人类社会生活和生产中以及自然界中存在各种各样的信号，很多信号对于人类的生活和生产至关重要，因此能否对这些有效的信号进行有效的采集和处理是非常重要的。信号采集系统就是用来实现这个功能的，通过对采集到的信号进行处理，剔除干扰信号，之后转换成数字输入到控制器件中对信号进行一些处理，最后将经过处理后得到的数据结果传输到PC机中进行显示或者做进一步的处理。其中信号采集的速率和精确度是衡量信号采集系统性能的两个关键指标。当代，由于大规模集成电路技术的高速发展，数字器件的性能越来越高，处理速度越来越快，功耗越来越低。这同时也导致了信号采集系统的快速发展，因此，目前的信号采集系统正在向着信号采集和处理速度更快、采样精度更高这两个方向快速的进步[9]。

传统的信号采集控制器件主要包括单片机、DSP、ARM等，其中每种器件各自都有自己的优势，比如单片机价格低廉比较适合于成本较为敏感的低速设计，DSP在信号处理方面比较有优势等。而FPGA是在PAL和GAL等可编程器件的基础上发展而来的，以并行运算为主，不像ARM、单片机等需要顺序执行指令。此外FPGA具有较强的时序能力，不像前者有较强的指令周期的限制，因此速度更快。同时，FPGA采用硬件语言编程，程序不受器件工艺的限制，因而具有较好的可移植性。当前的FPGA内部集成了乘法器、PLL等逻辑资源，同时厂家提出了丰富的IP核资源，同时也能买到各种功能的商业IP核，凭借这些资源，开发者可以较为方便地完成设计目标。因此，现在FPGA被越来越多的应用于高速信号采集系统。

在通信接口方面，主要有串口、USB总线及PCI总线等，其中串口传输速度较慢很难完成高速的信号采集，而PCI总线较为安全且使用不方便。而USB总线由于其具有热插拔，即插即用，传输速度快等优点而得到了广泛的应用。目前PC机上一般都标配有几个USB接口，因而采用USB作为通信总线能够较为便捷以较低的成本实现设计目标。USB即通用串行总线，最初是由康柏、英特尔、IBM、微软等多家公司一起提出的。目前主流的USB2.0接口最快可以实现480Mbps的传输速率，而最新的USB3.0接口则可以实现最高5Gbps的传输速率，完全可以满足高速信号采集系统的设计要求[10]。

二、^范文提纲

1绪论

  1.1飞机液压系统简介

  1.2新型大型客机液压系统方案

  1.3飞机液压原理性试验意义

  1.4研究现状

  1.5课题研究内容

  1.6课题研究思路

2多泵试验台原理

  2.1系统组成

  2.2液压系统

  2.3电气系统

  2.4信号采集及控制系统

  2.5其他附件

3信号采集系统硬件设计

  3.1信息采集系统设计

     （1）液压系统传感器信号的统计和分析

（2）根据信息类型设计信号调理模块

（3）信息采集系统采集卡选择分析

（4）信息采集系统工控机的选择分析

  3.2控制系统

     （1）多泵系统执行单元的控制类型分析

（2）多泵系统PLC的选择和控制设计

（3）PLC与上位机的通讯接口选择分析

4软件开发

  4.1软件构成

  4.2进入界面

  4.3菜单介绍

  4.4信息采集模块软件设计

  4.5控制系统模块软件设计

4.6 数据处理模块设计 

5 试验测试

  针对多泵液压系统，开展相应的数据采集试验和控制试验。

6 总结与展望

  6.1总结

  6.2展望

参考文献

[1] 姜澄予，王俊彪. 我国大型飞机研制中的关键制造技术[J].航空制造技术，2009(6).

[2] 周昌明. 客机液压系统地面模拟试验设计探讨[J].民用飞机设计与研究，2006(1):15-19.

[3] 温家宝. 让中国的大飞机翱翔蓝天.国防科技工业.2008.5:6-9

[4] 张庆伟. 立志让中国的大飞机翱翔蓝天.求实.2008.9.16

[5] 王俊秀,王新民,王纪森 飞机液压附件综合试验台的研制,[J],a液压与气动，2011第一期

[6] 张吕全. 支线飞机的铁鸟台架介绍[J]民用飞机设计与研究 2007(3)

[7] 鲁统利. 汽车自动变速系统实验技术的研究[D]. 长春；金林大学，2002

[8] 白小雷. 基于SCATS系统信号控制方案的研究[J].硅谷，2010，（21）：186-77

[9] 陈旭梅. 城市智能交通系统[M].北京交通大学出版社，2013

[10] 陈 健. 杨振冲，童诗存等. 基于TRF6900的远程数据采集系统的设计与实现[J]. 北京：计算机测量与控制，2006,14（8）；1119-1121