一种适用于平流层飞艇电源控制器的地面测试系统技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于平流层飞艇电源控制器的地面测试系统，该地面测试系统应用于平流层飞艇电源控制器的研制和测试过程中；其由工控计算机、CAN总线、数据采集单元、太阳能电池阵模拟器、蓄电池模拟器、负载模拟器和环境控制模拟箱组成。采用CAN总线与平流层飞艇电源控制器进行通信，并与工控计算机、数据采集单元相结合，在工控计算机下发的信号下完成电源控制器功能和性能的测试。本发明专利技术设计的地面测试系统降低了测试成本，提高了测试效率。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于平流层飞艇电源控制器的地面测试系统
本专利技术涉及一种针对电源控制器的地面测试系统，更特别地说，是指一种适用于平流层飞艇电源控制器的地面测试系统。本专利技术的地面测试系统能够测试平流层飞艇在飞行环境下的电源控制器的功能和性能。
技术介绍
平流层飞艇作为近空间对地观测平台的一种实现方案，主要依靠自身庞大体积产生的浮力而不像其它飞行器依靠相对空气运动产生升力，所以飞艇能够以较慢的速度飞行甚至能够在空中长期保持定点悬停即相对地面静止。具有长时间在平流层自主飞行的能力，是平流层飞艇设计的一个重要目标。能源系统是保证飞艇能够长期工作的关键之一。柔性薄膜太阳能电池、储能电池及能源管理技术又是能源系统设计的关键技术。在2006年06月第27卷第2期《航天返回与遥感》中公开的“平流层飞艇的能源技术和平衡分析”，作者刘大海。该期刊的第3节能源系统构成中公开了平流层飞艇的能源系统组成，即能源系统一般构成有:太阳能电池、再生燃料电池以及锂离子电池、动力推进、有效载荷和能源管理单元(又称电源控制器，以下称电源控制器)等，如图2所示。平流层飞艇具有定点悬浮和机动飞行能力，其设计滞空时间可长达数月或1年以上。而平流层环境比地面环境恶劣，温度常年在零下60度，气压在10kPa以下，同时长期驻空的平流层飞艇电源控制器功率较大，100kW左右，甚至更高，电压较高，在300V～500V之间，长时间低温低气压环境对平流层飞艇高电压大功率能源系统可靠运行，特别是对电源控制器的长时间可靠运行提出了巨大的挑战。同时目前柔性薄膜太阳能电池效率较低，为了提高能源利用率，电源控制器一般带有最大功率跟踪(又称MPPT)功能。为了提高平流层飞艇能源系统可靠性和性能，需要在地面做相关模拟平流层环境对电源控制器进行测试、检验和标定等一系列试验，试验合格后方能用于平流层飞艇实际飞行试验。但到目前为止，还没有针对平流层飞艇高电压大功率电源控制器，特别是带最大功率跟踪功能的电源控制器的相关测试系统。
技术实现思路
为了在地面测试平流层飞艇电源控制器飞行工况下的功能和性能，本专利技术设计了一种适用于平流层飞艇电源控制器的地面测试系统。该地面测试系统通过CAN总线与平流层飞艇电源控制器进行通信，并与工控计算机、数据采集单元相结合，在工控计算机下发的信号下完成电源控制器功能和性能的测试。所述数据采集单元利用多种类型传感器采集关联数据信息，并进行数据信息的转换以满足CAN总线的传输。所述工控计算机中采用编程软件编写了符合电源控制器的控制处理方式，能够方便仿真出平流层飞艇电源控制器在不同工况(平流层环境)下的测试结果，有利于及时更正和调整电源控制器的设计参数，以满足电源控制器试验产品的验收合格。本专利技术设计的地面测试系统降低了测试成本，提高了测试效率。本专利技术是一种适用于平流层飞艇电源控制器的地面测试系统，该地面测试系统应用于平流层飞艇电源控制器的研制和测试过程中；其包括有：工控计算机、CAN总线、数据采集单元、太阳能电池阵模拟器、蓄电池模拟器、负载模拟器和环境控制模拟箱；环境控制模拟箱内安装有平流层飞艇电源控制器；以及太阳能电池阵模拟器、蓄电池模拟器、负载模拟器；数据采集单元由多个传感器与传感控制电路构成；工控计算机中存储有测试内容子系统TC，测试内容子系统TC通过仿真手段在地面对平流层飞艇电源控制器进行平流层工况条件下的性能和功能进行测试；太阳能电池阵模拟器用于为平流层飞艇电源控制器供电；太阳能电池阵模拟器输出的是平流层飞艇电源控制器在平流层环境下的真实输出功率状况；蓄电池模拟器用于模拟平流层飞艇电源控制器中蓄电池组的充放电特性，以验证所述蓄电池组充放电是否正常；负载模拟器用于模拟平流层飞艇的负载的真实工作状况，为平流层飞艇电源控制器提供可变负载，以验证电源控制器工作是否正常；环境控制模拟箱用于提供平流层环境的温度和气压，使安装在环境控制模拟箱箱内的平流层飞艇电源控制器、太阳能电池阵模拟器、蓄电池模拟器、负载模拟器运行于平流层环境中。本专利技术地面测试系统的优点在于：①在工控计算机以及保存在工控计算机硬盘上的测试内容软件，能够实现对平流层飞艇电源控制器的性能测试、功能测试、以及技术指标测试。利用CAN总线将工控计算机与数据采集单元、太阳能电池阵模拟器、电源控制器、负载模拟器、蓄电池模拟器和环境控制模拟箱实现通讯连接，降低了信号损耗。②采用环境控制模拟箱来提供平流层环境，模拟真实工况，使得测试结果符合实际要求。③在平流层飞艇电源控制器上安装不同类型的传感器，并将各个传感器与传感控制电路连接；在传感控制电路中对采集到的与平流层飞艇电源控制器工作时的检测参数进行处理，随后经CAN总线输出至工控计算机中，在测试内容软件下对检测参数进行实时演示，以此获取测试结果，并与电源控制器自带参数显示进行对比。附图说明图1是本专利技术设计的适用于平流层飞艇电源控制器的地面测试系统的结构框图。图2是传统平流层飞艇能源系统的结构框图。图3是本专利技术数据采集单元电路图。图4是本专利技术电源控制器自动测试流程图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术做进一步的详细说明。参见图1所示，本专利技术设计了一种适用于平流层飞艇电源控制器的地面测试系统，该地面测试系统应用于平流层飞艇电源控制器的研制和测试过程中。本专利技术的地面测试系统包括有工控计算机、CAN总线、数据采集单元、太阳能电池阵模拟器、蓄电池模拟器、负载模拟器和环境控制模拟箱；所述环境控制模拟箱内安装有平流层飞艇电源控制器。所述数据采集单元由多个传感器与传感控制电路构成。太阳能电池阵模拟器用于为平流层飞艇电源控制器供电。太阳能电池阵模拟器输出的是平流层飞艇电源控制器在平流层环境下的真实输出功率状况。蓄电池模拟器用于模拟平流层飞艇电源控制器中蓄电池组的充放电特性，以验证所述蓄电池组充放电是否正常。负载模拟器用于模拟平流层飞艇的负载的真实工作状况，为平流层飞艇电源控制器提供可变负载，以验证电源控制器工作是否正常。环境控制模拟箱用于提供平流层环境的温度和气压，使安装在环境控制模拟箱箱内的平流层飞艇电源控制器、太阳能电池阵模拟器、蓄电池模拟器、负载模拟器运行于平流层环境中。本专利技术设计的地面测试系统分为电线连接和通讯连接。(一)电线连接一般地，平流层飞艇电源控制器上设有充电调节器、放电调节器、最大功率跟踪调节器、输入端、输出端。在本专利技术中，电源控制器的输入端上连接太阳能电池阵模拟器，电源控制器的输出端上连接负载模拟器，电源控制器的充电调节器和放电调节器上连接蓄电池模拟器。在本专利技术中，电源控制器上安装有多个传感器，所述传感器用于采集电源控制器(由于采集电源控制器置于环境控制模拟箱内，在地面测试时，由环境控制模拟箱能够产生平流层的温度和气压工况)的输入端电流、输入端电压、输出端电流、输出端电压、充电电流、充电电压、工况温度。多个传感器与传感控制电路构成数据采集单元。所述传感器包括有温度传感器、电压传感器和电流传感器。数据采集单元根据不同测试要求，每个测试项目中可自定义的检测参数主要有：电源控制器的输入端电流、输入端电压、输出端电流、输出端电压、充电电流、充电电压、工况温度、纹波以及电源变换效率。其中，纹波及电源变换效率通过输入端电流、输入端电压、输出端电流、输出端电压、充电电流、充本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于平流层飞艇电源控制器的地面测试系统，该地面测试系统应用于平流层飞艇电源控制器的研制和测试过程中；其特征在于包括有：工控计算机、CAN总线、数据采集单元、太阳能电池阵模拟器、蓄电池模拟器、负载模拟器和环境控制模拟箱；环境控制模拟箱内安装有平流层飞艇电源控制器；以及太阳能电池阵模拟器、蓄电池模拟器、负载模拟器；数据采集单元由多个传感器与传感控制电路构成；工控计算机中存储有测试内容子系统TC，测试内容子系统TC通过仿真手段在地面对平流层飞艇电源控制器进行平流层工况条件下的性能和功能进行测试；太阳能电池阵模拟器用于为平流层飞艇电源控制器供电；太阳能电池阵模拟器输出的是平流层飞艇电源控制器在平流层环境下的真实输出功率状况；蓄电池模拟器用于模拟平流层飞艇电源控制器中蓄电池组的充放电特性，以验证所述蓄电池组充放电是否正常；负载模拟器用于模拟平流层飞艇的负载的真实工作状况，为平流层飞艇电源控制器提供可变负载，以验证电源控制器工作是否正常；环境控制模拟箱用于提供平流层环境的温度和气压，使安装在环境控制模拟箱箱内的平流层飞艇电源控制器、太阳能电池阵模拟器、蓄电池模拟器、负载模拟器运行于平流层环境中。...

【技术特征摘要】
1.一种适用于平流层飞艇电源控制器的地面测试系统，该地面测试系统应用于平流层飞艇电源控制器的研制和测试过程中；工控计算机、CAN总线、数据采集单元、太阳能电池阵模拟器、蓄电池模拟器、负载模拟器和环境控制模拟箱；环境控制模拟箱内安装有平流层飞艇电源控制器；以及太阳能电池阵模拟器、蓄电池模拟器、负载模拟器；数据采集单元由多个传感器与传感控制电路构成；工控计算机中存储有测试内容子系统TC，测试内容子系统TC通过仿真手段在地面对平流层飞艇电源控制器进行平流层工况条件下的性能和功能进行测试；太阳能电池阵模拟器用于为平流层飞艇电源控制器供电；太阳能电池阵模拟器输出的是平流层飞艇电源控制器在平流层环境下的真实输出功率状况；蓄电池模拟器用于模拟平流层飞艇电源控制器中蓄电池组的充放电特性，以验证所述蓄电池组充放电是否正常；负载模拟器用于模拟平流层飞艇的负载的真实工作状况，为平流层飞艇电源控制器提供可变负载，以验证电源控制器工作是否正常；环境控制模拟箱用于提供平流层环境的温度和气压，使安装在环境控制模拟箱箱内的平流层飞艇电源控制器、太阳能电池阵模拟器、蓄电池模拟器、负载模拟器运行于平流层环境中；其特征在于：电源控制器的输入端上连接太阳能电池阵模拟器，电源控制器的输出端上连接负载模拟器，电源控制器的充电调节器和放电调节器上连接蓄电池模拟器；传感器用于采集电源控制器的输入端电流、输入端电压、输出端电流、输出端电压、充电电流、充电电压、工况温度；数据采集单元的引脚连接为：A电压传感器VS-A用于采集的是电源控制器的母线电压；A电压传感器VS-A经电阻R2接地，经电阻R1连接到运放芯片U1的8脚，运放芯片U1选用AD8138芯片，电容C1、电阻R14的一端和运放芯片U1的8脚连接，电容C1、电阻R14的另一端和运放芯片U1的5脚连接，电阻R18的一端连接在运放芯片U1的5脚，电阻R18的另一端与电容C15的一端和高速A/D芯片U5的49脚连接在一起，高速A/D芯片U5选用AD9432芯片，运放芯片U1的1脚与电阻R15、电阻R4、电容C2的一端连接在一起，电阻R4的另一端与电阻R3一端连接在一起，电阻R3的另一端接地；电阻R15和电容C2的另一端与运放芯片U1的4脚、电阻R19的一端连接在一起，电阻R19的另一端与电容C15的另一端、高速A/D芯片U5的50脚连接在一起；高速A/D芯片U5与静态随机存储器U7与DSP处理器U9的相关管脚连接在一起，DSP处理器U9选用TMS20LF2407芯片；运放芯片U1的2脚与电阻R20、电阻R21和电容C16的一端连接在一起，电阻R21和电容C16的另一端接地，电阻R20的另一端连接+5V；A电流传感器IS-A用于采集的是电源控制器的母线电流；A电流传感器IS-A经电阻R6接地，经电阻R5连接到运放芯片U2的8脚，运放芯片U2选用AD8138芯片，电容C3、电阻R16的一端和运放芯片U2的8脚连接，电容C3、电阻R16的另一端和运放芯片U2的5脚连接，电阻22的一端连接在运放芯片U2的5脚，电阻R22的另一端与电容C17的一端和高速A/D芯片U6的49脚连接在一起，高速A/D芯片U6选用AD9432芯片，运放芯片U2的1脚与电阻R8、电阻R17、电容C4的一端连接在一起，电阻R8的另一端与电阻R7一端连接在一起，电阻R7的另一端接地；电阻R17和电容C4的另一端与运放芯片U2的4脚、电阻R23的一端连接在一起，电阻R23的另一端与电容C17的另一端、高速A/D芯片U6的50脚连接在一起；高速A/D芯片U6与静态随机存储器U8与DSP处理器U9的相关管脚连接在一起；运放芯片U2的2脚与电阻R24、电阻R25和电容C18的一端连接在一起，电阻R25和电容C18的另一端接地，电阻R24的另一端连接+5V；B电压传感器VS-B用于采集电源控制器对蓄电池的充电电压；B电压传感器VS-B经电容C5接地，经电阻R9连接到运放芯片U3A的3脚，运放芯片U3A选用TL084芯片，电阻R9的另一端与电容C6、运放芯片U3A的3脚连接在一起，电容C6的另一端接地，运放芯片U3A的2脚、1脚与电阻R26的一端连接在一起，电阻R26的另一端与电容C19、DSP处理器U9的103脚连接在一起，电容C19的另一端接地；B电流传感器IS-B用于采集电源控制器对蓄电池的充电电流；B电流传感器IS-B经电容C7接地，经电阻R10连接到...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐国宁，李兆杰，姜鲁华，张衍垒，王旭巍，苗颖，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11