一种基于自适应PID方法的飞机全静压测试系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于自适应PID方法的飞机全静压测试系统。电源模块一路通过隔离电源模块分别与控制核心模块、人机交互界面模块连接，另一路分别与真空泵及压缩机连接，控制核心模块分别与人机交互界面模块、光耦隔离器、485总线模块连接，光耦隔离器分别与继电器模块、信号变送器Ⅰ～Ⅱ连接，继电器模块分别与电磁阀Ⅰ～Ⅴ、真空泵及压缩机连接，信号变送器Ⅰ分别与比例阀模块Ⅰ～Ⅱ连接，信号变送器Ⅱ分别与传感器Ⅰ～Ⅳ连接，485总线模块分别与计算机接口、数据存储接口、保压实验程序升级接口、气压产生波形接口、无线传输接口连接。能够自动地以较高精度和较快的动态响应准确实时控制气压，符合飞机维修手册中规定的飞机全静压系统测试标准。

Aircraft static pressure testing system based on adaptive PID method

The utility model relates to an aircraft full static pressure testing system based on an adaptive PID method. One way is through the power module power module is respectively connected with the control core module, man-machine interface module is connected, the other way is respectively connected with the vacuum pump and compressor, the core control module is respectively connected with the man-machine interface module, 485 bus module and optically coupled isolator, optically coupled isolator is respectively connected with the relay module, signal transmitter I-II, relay the module is respectively connected with the electromagnetic valve averasely, vacuum pump and compressor, signal transmitter I respectively with proportional valve module I-II connection, signal transmitter II is respectively connected with the sensor I ~ IV, 485 bus module is connected with the computer interface, data storage interface, pressure maintaining test program to upgrade the interface, interface, wireless pressure waveform transmission interface. It can automatically and accurately control the air pressure with high accuracy and fast dynamic response, which is consistent with the testing standard of the aircraft static pressure system in the aircraft maintenance manual.

【技术实现步骤摘要】

本技术属于自动测试领域，特别涉及一种基于自适应PID方法的飞机全静压测试系统。
技术介绍
全静压测试系统用在需要对飞机进行全静压测试的内场维修和外场维修中，系统按照测试人员的操作指令，为飞机全静压系统分别提供相应的气压源。目前飞机全静压测试系统购置成本高，维护成本高，维护周期长，对航空公司的正常运行带来不便，甚至由于长途运输带来的精度变化和气密性变化，给飞行安全带来一定的影响。此外，现有的测试器主要靠球阀进行压力变化操作，其测试时间长，精度差，测试流程复杂，容易引起人为因素的增加，带来飞行安全隐患。飞机全静压系统属于高精密、高气密性、小流量的飞机系统，测试要求复杂，专业性强，急需一种测试系统弥补此技术的缺陷。
技术实现思路
本技术的目的是为了解决现有的技术问题，针对航空公司全静压测试设备使用和维护上的不便，解决全静压系统测试要求难以满足的现状，提供一种造价较低、结构简单、能够快速测试、校验和维护方便、可以方便接入飞机系统、满足航空公司维修手册测试要求的基于自适应PID方法的飞机全静压测试系统。系统采用比例阀为核心部件，采用自适应PID算法作为控制算法，可以自主、灵活、准确、方便地为飞机全静压系统提供两路精确可控的气源，同时为测试人员提供气密性自动计算、飞机仪表精度校验、实时气压状况监测和记录的功能。飞机维护人员可以依照系统的数据，对飞机进行自动化测试，大大提高了飞机维修的效率和安全性，减少相关系统故障引起航空事故的可能性，降低了由于维修带来的航班延误的概率。本技术为实现上述目的，采用的主要技术方案是：一种基于自适应PID方法的飞机全静压测试系统，其特征在于：包括控制核心模块、电源模块、隔离电源模块、光耦隔离器、485总线模块、继电器模块、信号变送器Ⅰ、信号变送器Ⅱ、比例阀模块Ⅰ、比例阀模块Ⅱ、人机交互界面模块、气压传感器Ⅰ、气压传感器Ⅱ、气压传感器Ⅲ、气压传感器Ⅳ、电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ、电磁阀Ⅲ、电磁阀Ⅳ、电磁阀Ⅴ、真空泵及压缩机，所述电源模块一路通过隔离电源模块分别与控制核心模块、人机交互界面模块连接，另一路分别与真空泵及压缩机连接，所述控制核心模块分别与人机交互界面模块、光耦隔离器、485总线模块连接，所述光耦隔离器分别与继电器模块、信号变送器Ⅰ、信号变送器Ⅱ连接，所述继电器模块分别与电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ、电磁阀Ⅲ、电磁阀Ⅳ、电磁阀Ⅴ、真空泵及压缩机连接，所述信号变送器Ⅰ分别与比例阀模块Ⅰ、比例阀模块Ⅱ连接，所述信号变送器Ⅱ分别与气压传感器Ⅰ、气压传感器Ⅱ、气压传感器Ⅲ、气压传感器Ⅳ连接，所述485总线模块分别与计算机接口、数据存储接口、保压实验程序升级接口、气压产生波形接口、无线传输接口连接；所述的控制核心模块包括单片机、电源隔离电路、接口及外围电路；所述的485总线模块包括485总线芯片、光耦隔离电路、瞬变电压抑制电路；所述的继电器模块包括大电流继电器、光耦隔离电路、电平变换电路；气压传感器模块包括传感器及其接口；传感器包括气压传感器Ⅰ、气压传感器Ⅱ、气压传感器Ⅲ、气压传感器Ⅳ，传感器的接口分别为IIC总线和RS232总线接口；所述的人机交互界面模块包括工业级HMI触摸屏及其配套电路，配套电路包括触摸反馈电路、控制核心电路；所述的电源包括5V电源模块、24V电源模块和28V电源模块；所述的比例阀模块包括高频电磁针阀、传感器电路、驱动电路；气泵及气路模块包括真空泵、压缩机、电磁阀、排水阀、节流阀及其配套气路，电磁阀包括电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ、电磁阀Ⅲ、电磁阀Ⅳ、电磁阀Ⅴ；人机交互界面模块响应操作者的输入请求，并将其发送给控制核心电路，控制核心电路采集来自气压传感器模块的实时数据，并通过485总线模块控制继电器模块和比例阀模块构成闭环反馈系统，最终控制输出气压；人机交互界面模块采用迪文公司生产的8英寸高分辨率图形点阵屏幕DMT10768T080_07WT，最大分辨率1024*768，其自带电容触摸屏，通过对触控坐标编程，可以实现人机交互功能；控制核心模块采用ST公司的STM32F103VET6微控制器，选用了μC/OS-Ⅱ嵌入式系统作为代码实现的软件平台，工作频率为72MHz；比例阀模块采用ProALA公司的WFAS1TFEE045BXL和WFAS1TFEE015BXL高频电磁针阀，其可以以±0.005％的分辨率精密地控制气体的流量；继电器模块采用SONGLE公司的SLA12VDC-SLA，容许的最大电流达到10A，交流电压达到250V；气压传感器模块包括两种，一种是GE公司生产的RPT350智能振筒式压力传感器，其精度达到±0.02％，每年的测量稳定性漂移不超过±0.015％；一种是MEMA公司生产的MS4525DO-DS3O015AP和MS4525DO-DS3O045AP硅压阻式传感器，其响应时间小于1ms，能够对气压进行快速测量；485总线芯片采用MAXIM公司生产的MAX13487EESA半双工自动流控RS485总线芯片，可工作于-40℃至+85℃温度范围，传输速率可以达到2Mbps；真空泵采用飞越冷媒生产的Vi120SV真空泵，最低气压可以达到2kPa；压缩机采用新为诚公司生产的TC-20系列压缩机，其最高气压可以达到400kPa；电磁阀采用STNC公司生产的VT307-08高精度仪表阀，可以进行气路通断的控制；系统控制包括：(a)反馈环节：采用闭环反馈系统的结构，气压传感器Ⅰ和气压传感器Ⅲ使用MS4525硅压阻式传感器，气压传感器Ⅱ和气压传感器Ⅳ采用GERPT350振筒式气压传感器，实时、自动地采集当前的气压值，将上述传感器分别以IIC和RS232总线的方式接入STM32微控制器，当微控制器识别到传感器接入后，即可开始采集数据；(b)控制算法：在微控制器中，以软件的方法设计PID控制算法，通过自适应PID方法，实时计算PID的比例环节、微分环节、积分环节的参数，控制算法的输出经过RS485总线模块，接入比例阀驱动装置，驱动比例阀模块内部的高频电磁针阀对压力进行调节；(c)执行机构：驱动装置将控制指令转换为4～20mA的标准信号，对应高频电磁针阀的等效开度为0～100％，开度不同时，气体流量大小不同，在驱动装置中，对指令进行堆栈设计，剔除错误的指令，保留正确的指令，带动高频电磁针阀进行移动；气路连接为：比例阀模块Ⅰ的1口采用气路硅胶管依次通过电磁阀Ⅰ、排水罐与真空泵连接，排水罐通过气路硅胶管与排水阀连接，比例阀模块Ⅰ的2口采用气路硅胶管依次通过气压传感器Ⅰ、气压传感器Ⅱ、气压缓冲罐Ⅰ与Ps输出接头连接；压缩机通过气路硅胶管与节流阀的一端连接，节流阀的另一端一路通过电磁阀Ⅱ与比例阀模块Ⅰ的3口连接，另一路依次通过电磁阀Ⅳ、比例阀模块Ⅱ的3口和1口、电磁阀Ⅲ与排水罐和电磁阀Ⅰ之间的气路硅胶管连接，比例阀模块Ⅱ的2口依次通过气压传感器Ⅲ、气压传感器Ⅳ、电磁阀Ⅴ、气压缓冲罐Ⅱ与Pt输出接头连接。本技术具有的优点和积极效果是：与现有的气压测试设备相比，能够自动地以0.2％的较高精度和较快的动态响应准确实时控制气压，符合飞机维修手册中规定的飞机全静压系统测试标准(0.8％)，其他测试设备普遍精度在0.5％以下。能够充分应对测试过程中的意外情况，保护被测试的飞机组件，使用更加安全本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自适应PID方法的飞机全静压测试系统，其特征在于：包括控制核心模块、电源模块、隔离电源模块、光耦隔离器、485总线模块、继电器模块、信号变送器Ⅰ、信号变送器Ⅱ、比例阀模块Ⅰ、比例阀模块Ⅱ、人机交互界面模块、气压传感器Ⅰ、气压传感器Ⅱ、气压传感器Ⅲ、气压传感器Ⅳ、电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ、电磁阀Ⅲ、电磁阀Ⅳ、电磁阀Ⅴ、真空泵及压缩机，所述电源模块一路通过隔离电源模块分别与控制核心模块、人机交互界面模块连接，另一路分别与真空泵及压缩机连接，所述控制核心模块分别与人机交互界面模块、光耦隔离器、485总线模块连接，所述光耦隔离器分别与继电器模块、信号变送器Ⅰ、信号变送器Ⅱ连接，所述继电器模块分别与电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ、电磁阀Ⅲ、电磁阀Ⅳ、电磁阀Ⅴ、真空泵及压缩机连接，所述信号变送器Ⅰ分别与比例阀模块Ⅰ、比例阀模块Ⅱ连接，所述信号变送器Ⅱ分别与气压传感器Ⅰ、气压传感器Ⅱ、气压传感器Ⅲ、气压传感器Ⅳ连接，所述485总线模块分别与计算机接口、数据存储接口、保压实验程序升级接口、气压产生波形接口、无线传输接口连接；所述的控制核心模块包括单片机、电源隔离电路、接口及外围电路；所述的485总线模块包括485总线芯片、光耦隔离电路、瞬变电压抑制电路；所述的继电器模块包括大电流继电器、光耦隔离电路、电平变换电路；气压传感器模块包括传感器及其接口；传感器包括气压传感器Ⅰ、气压传感器Ⅱ、气压传感器Ⅲ、气压传感器Ⅳ，传感器的接口分别为IIC总线和RS232总线接口；所述的人机交互界面模块包括工业级HMI触摸屏及其配套电路，配套电路包括触摸反馈电路、控制核心电路；所述的电源包括5V电源模块、24V电源模块和28V电源模块；所述的比例阀模块包括高频电磁针阀、传感器电路、驱动电路；气泵及气路模块包括真空泵、压缩机、电磁阀、排水阀、节流阀及其配套气路，电磁阀包括电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ、电磁阀Ⅲ、电磁阀Ⅳ、电磁阀Ⅴ；人机交互界面模块响应操作者的输入请求，并将其发送给控制核心电路，控制核心电路采集来自气压传感器模块的实时数据，并通过485总线模块控制继电器模块和比例阀模块构成闭环反馈系统，最终控制输出气压；人机交互界面模块采用迪文公司生产的8英寸高分辨率图形点阵屏幕DMT10768T080_07WT，最大分辨率1024*768，其自带电容触摸屏，通过对触控坐标编程，可以实现人机交互功能；控制核心模块采用ST公司的STM32F103VET6微控制器，选用了μC/OS‑Ⅱ嵌入式系统作为代码实现的软件平台，工作频率为72MHz；比例阀模块采用ProALA公司的WFAS1TFEE045BXL和WFAS1TFEE015BXL高频电磁针阀，其可以以±0.005%的分辨率精密地控制气体的流量；继电器模块采用SONGLE公司的SLA12VDC‑SLA，容许的最大电流达到10A，交流电压达到250V；气压传感器模块包括两种，一种是GE公司生产的RPT350智能振筒式压力传感器，其精度达到±0.02%，每年的测量稳定性漂移不超过±0.015%；一种是MEMA公司生产的MS4525DO‑DS3O015AP和MS4525DO‑DS3O045AP硅压阻式传感器，其响应时间小于1ms，能够对气压进行快速测量；485总线芯片采用MAXIM公司生产的MAX13487EESA半双工自动流控RS485总线芯片，可工作于‑40°C至+85°C温度范围，传输速率可以达到2Mbps；真空泵采用飞越冷媒生产的Vi120SV真空泵，最低气压可以达到2kPa；压缩机采用新为诚公司生产的TC‑20系列压缩机，其最高气压可以达到400kPa；电磁阀采用STNC公司生产的VT307‑08高精度仪表阀，可以进行气路通断的控制；气路连接为：比例阀模块Ⅰ的1口采用气路硅胶管依次通过电磁阀Ⅰ、排水罐与真空泵连接，排水罐通过气路硅胶管与排水阀连接，比例阀模块Ⅰ的2口采用气路硅胶管依次通过气压传感器Ⅰ、气压传感器Ⅱ、气压缓冲罐Ⅰ与Ps输出接头连接；压缩机通过气路硅胶管与节流阀的一端连接，节流阀的另一端一路通过电磁阀Ⅱ与比例阀模块Ⅰ的3口连接，另一路依次通过电磁阀Ⅳ、比例阀模块Ⅱ的3口和1口、电磁阀Ⅲ与排水罐和电磁阀Ⅰ之间的气路硅胶管连接，比例阀模块Ⅱ的2口依次通过气压传感器Ⅲ、气压传感器Ⅳ、电磁阀Ⅴ、气压缓冲罐Ⅱ与Pt输出接头连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应PID方法的飞机全静压测试系统，其特征在于：包括控制核心模块、电源模块、隔离电源模块、光耦隔离器、485总线模块、继电器模块、信号变送器Ⅰ、信号变送器Ⅱ、比例阀模块Ⅰ、比例阀模块Ⅱ、人机交互界面模块、气压传感器Ⅰ、气压传感器Ⅱ、气压传感器Ⅲ、气压传感器Ⅳ、电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ、电磁阀Ⅲ、电磁阀Ⅳ、电磁阀Ⅴ、真空泵及压缩机，所述电源模块一路通过隔离电源模块分别与控制核心模块、人机交互界面模块连接，另一路分别与真空泵及压缩机连接，所述控制核心模块分别与人机交互界面模块、光耦隔离器、485总线模块连接，所述光耦隔离器分别与继电器模块、信号变送器Ⅰ、信号变送器Ⅱ连接，所述继电器模块分别与电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ、电磁阀Ⅲ、电磁阀Ⅳ、电磁阀Ⅴ、真空泵及压缩机连接，所述信号变送器Ⅰ分别与比例阀模块Ⅰ、比例阀模块Ⅱ连接，所述信号变送器Ⅱ分别与气压传感器Ⅰ、气压传感器Ⅱ、气压传感器Ⅲ、气压传感器Ⅳ连接，所述485总线模块分别与计算机接口、数据存储接口、保压实验程序升级接口、气压产生波形接口、无线传输接口连接；所述的控制核心模块包括单片机、电源隔离电路、接口及外围电路；所述的485总线模块包括485总线芯片、光耦隔离电路、瞬变电压抑制电路；所述的继电器模块包括大电流继电器、光耦隔离电路、电平变换电路；气压传感器模块包括传感器及其接口；传感器包括气压传感器Ⅰ、气压传感器Ⅱ、气压传感器Ⅲ、气压传感器Ⅳ，传感器的接口分别为IIC总线和RS232总线接口；所述的人机交互界面模块包括工业级HMI触摸屏及其配套电路，配套电路包括触摸反馈电路、控制核心电路；所述的电源包括5V电源模块、24V电源模块和28V电源模块；所述的比例阀模块包括高频电磁针阀、传感器电路、驱动电路；气泵及气路模块包括真空泵、压缩机、电磁阀、排水阀、节流阀及其配套气路，电磁阀包括电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ、电磁阀Ⅲ、电磁阀Ⅳ、电磁阀Ⅴ；人机交互界面模块响应操作者的输入请求，并将其发送给控制核心电路，控制核心电路采集来自气压传感器模块的实时数据，并通过485总线模块控制继电器模块和比例阀模块构成闭环反馈系统，最终控制输出气压；人机交互界面模块采用迪文公司生产的8英寸高分辨率图形点阵屏幕DMT10768T080_07WT，最大分辨率1024*768，其自带电容触摸屏，通过对触控坐标编程，可以实现人机交互功能；控制核心模块采用ST公司的STM32F103VET6微控制器，选用了μC/OS-Ⅱ嵌入式系统作为代码实现的软件平台，工作频率为72MHz；比例阀模块采用ProALA公司的WFAS1TFEE045BXL和WFAS1TFEE015BXL高频电磁针阀，其可以以±0.005%的分辨率精密地控制气体的流量；继电器模块采用SONGLE公司的SLA12VDC-SLA，容许的最大电流达到10A，交流电压达到250V；气压传感器模块包括两种，一种是GE公司生产的RPT350智能振筒式压力传感器，其精度达到±0.02%，每年的测量稳定性漂移不超过±0.015%；一种是MEMA公司生产的MS4525DO-DS3O015AP和MS4525DO-DS3O045AP硅压阻式传感器，其响应时间小于1ms，能够对气压进行快速测量；485总线芯片采用MAXIM公司生产的MAX13487EESA半双工自动流控RS485总线芯片，可工作于-40°C至+85°C温度范围，传输速率可以达到2Mbps；真空泵采用飞越冷媒生产的Vi120SV真空泵，最低气压可以达到2kPa；压缩机采用新为诚公司生产的TC-20系列压缩机，其最高气压可以达到400kPa；电磁阀采用STNC公司生产的VT307-08高精度仪表阀，可以进行气路通断的控制；气路连接为：比例阀模块Ⅰ的1口采用气路硅胶管依次通过电磁阀Ⅰ、排水罐与真空泵连接，排水罐通过气路硅胶管与排水阀连接，比例阀模块Ⅰ的2口采用气路硅胶管依次通过气压传感器Ⅰ、气压传感器Ⅱ、气压缓冲罐Ⅰ与Ps输出接头连接；压缩机通过气路硅胶管与节流阀的一端连接，节流阀的另一端一路通过电磁阀Ⅱ与比例阀模块Ⅰ的3口连接，另一路依次通过电磁阀Ⅳ、比例阀模块Ⅱ的3口和1口、电磁阀Ⅲ与排水罐和电磁阀Ⅰ之间的气路硅胶管连接，比例阀模块Ⅱ的2口依次通过气压传感器Ⅲ、气压传感器Ⅳ、电磁阀Ⅴ、气压缓冲罐Ⅱ与Pt输出接头连接。2.根据权利要求1所述的一种基于自适应PID方法的飞机全静压测试系统，其特征在于：所述的控制核心模块电路的具体连接为，JT...

【专利技术属性】
技术研发人员：段照斌，张鹏，杜海龙，栗中华，李静昭，钮伟龙，杜航航，刘意，刘博，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：新型
国别省市：天津;12