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隨著我國航空航天科技的發展與軍民融合發展戰略的不斷推進，微型渦噴發動機在現代軍事及民用航空航天領域得到廣泛的應用。而隨著現代世界武器裝備技術的不斷更新和發展，對于小型航空渦噴發動機配套控制技術的發展也隨之經歷了空前的變化。在此以某小型航空渦噴發動機為控制原型，通過完成該型號發動機配套測試地面控制單元系統，協調發動機引擎控制系統實現發動機在全自動模式和手動模式下的自持運行，同時將采集發動機運行工況信息上傳至PC端上位機進行數據存儲和分析，完成發動機臺架測試試驗。

1系統工作原理

本地面控制單元由由發動機控制輸出部分、顯示輸出及通信部分、PC端上位機軟件等4個部分構成。具體的工作原理如下：發動機協調器負責采集發動機運行時的工況信息，并通過RS485發送至地面控制單元，通過液晶顯示器進行實時顯示；地面控制單元實時采集工作平臺上的多路模擬量和開關量，作為控制參數通過RS485接口下發至發動機協調器，進而發動機的自持運行。同時，地面控制單元通過RS232接口將發動機工況信息發送至PC上位機，通過上位機軟件進行數據庫的存儲和分析。系統的工作原理如圖1所示。

2控制單元硬件設計

控制器硬件由CPU模塊、多路AD采集模塊、開關控制模塊、RS485通信模塊、RS232通信模塊、數據存儲模塊、顯示模塊等構成，硬件框圖如圖2所示。2.1CPU模塊發動機地面控制單元硬件主控系統采用。STM32F103ZET6芯片，這是ST旗下的一款以Cor-texTM-M4為內核的增強型微控制器。針對小型航空渦噴發動機地面控制單元的設計要求，需要對多路AD量采集和處理，而該CPU具備21路ADC轉換通過，同時該芯片在存儲內存、功率消耗、運行速率也具備一定的優勢，滿足該系統的設計要求。2.2多路AD采集模塊系統多路。AD量采集主要包含4路模擬量信號（電位器）的采集，分別用于油泵轉速（油門）、啟動電機轉速、點火器功率、點火閥（副閥）占空比（用于液態單燃料模式）的調整。多路AD采集模塊如圖3所示。發動機地面控制單元主要分為手動模式和全自動模式。在手動模式下，通過對多路AD量采集實現對發動機的調控，從而保證發動機各執行驅動機構的安全可靠性，為全自動模式下發動機自持運行提供保證。在全自動模式下，在實現對發動機的工況參數采集的基礎上，通過PID反饋調節實現對發動機各執行機構的自主調控。2.3開關控制模塊。系統包含4路模式選擇信號的采集，分別用于手動/自動模式選擇、油泵類型選擇（有刷/無刷）、燃料模式選擇（液氣/純液）、啟動模式選擇（電機帶轉/高壓氣吹轉）。開關控制模塊如圖4所示。開關控制型號選用多模式可變開關，在不同模式下通過切換開關進行硬件隔離的切換電路，實現對發動機包括模式選擇、油泵類型選擇、燃料選擇、啟動模式選擇等控制方式的選擇。通過開關量的控制選擇能夠兼容多種發動機型號。2.4RS485通信模塊。系統采用STM32內部集成的全雙工UART2串行接口，外擴MAX485芯片，構成地面控制單元與發動機協調器間的485通信。地面控制單元與發動機協調器之間通信方式的選擇，主要從發動機飛航測試的安全方面進行考慮，測試現場與控制臺需要保持一定的距離，同時也應保證數據傳輸過程中的數據完整性，最終選擇RS485通信實現將發動機協調器采集的發動機工況參數信息傳輸至地面控制單元進行處理。RS485通信模塊如圖5所示。2.5RS232通信模塊將接收發動機的工況參數進行數據顯示，同時利用RS232通信，將數據發送至PC端上位機進行數據存儲和分析；系統利用STM32內部集成的UART2串行接口，通過外擴MAX3232芯片實現RS232電平和TTL電平相互轉換。RS232通信模塊如圖6所示。2.6數據存儲模塊為了保證后期發動機在進行實際環境下的飛航測試，即在沒有上位機數據存儲的情況下可以將發動機的飛航測試數據存儲下來進行后期分析，在發動機地面控制單元中加入了數據存儲模塊。該模塊由FM24CL64芯片構成，主要用于存儲發動機在運行狀態下的關鍵參數信息包括發動機實時轉速、EGT溫度、油壓等。數據存儲模塊如圖7所示。2.7顯示模塊為了能夠更加直觀地顯示發動機的工況信息，在數碼管顯示發動機關鍵參數的基礎上，使用顯示屏顯示發動機的其他工況參數信息，包括實時顯示轉速、目標轉速、EGT溫度、油門百分比、油壓、推力值、點火器電流等。顯示模塊電路如圖8所示。

3軟件設計

3.1控制器軟件。控制臺子系統軟件設計是利用C語言在KeilμVision5開發平臺上實現的，采用STM32庫函數的編程方式，C編程語言實現模塊化設計。在主程序運行后，根據不同工作模式下的系統要求，調用的各部分子程序包括多路AD量采集子程序、ECU端RS485通信子程序、PC端上位機RS232通信子程序等。其軟件流程如圖9所示。3.2上位機軟件。在VisualStudio2012開發平臺上，使用C#編程語言完成PC上位機軟件的設計。軟件的主要功能包括：獲取發動機工況參數信息，實現實時顯示功能；使用SQLServer數據庫，實現發動機工況參數存儲、打印、查詢等功能；提供二次開發接口，為實現發動機系統故障診斷功能奠定基礎。PC上位機軟件通過RS232接口，接收來自控制臺上傳的發動機工況參數信息，使用C#的窗體控件，設計出軟件整體框架。將接收的發動機工況數據進行解析，并將工況信息實時顯示在文本框內。同時，將發動機工況數據在SQLServer2005數據庫中進行儲存和管理，通過導出按鈕實現數據數據庫存儲功能，也可以根據采集時間對發動機工況參數信息進行查詢。地面控制單元上位機軟件界面如圖10所示。

4結語

所設計的小型航空渦噴發動機地面控制單元，以某小型航空渦噴發動機為控制原型，通過設計完成其配套測試發動機地面控制單元，協調發動機引擎控制系統實現發動機在全自動和手動模式下的自持運行，同時通過加入硬件電路隔離實現兼容多種發動機型號控制，系統具備上位機實現發動機工況參數的實時采集和存儲功能。該系統可以為發動機的臺架測試和飛航測試提供安全保證，提高了發動機安全可靠性能，已成功應用在發動機飛航測試一線。

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作者:李曉艷 王鵬 呂志剛 許韞韜 單位:西安工業大學