全数字发电机控制器通用开发平台的硬件设计与实现
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摘要
发电机控制器是飞机电源系统的重要组成部分，它负责调整发电机的励磁电流，使发电机系统输出符合标准要求的电能；在系统发生故障时自动切除故障单元，防止故障扩大和传播，并实现故障隔离和定位，同时引入冗余供电设备以保证重要机载设备的用电需求；将电源系统的工作状态信息和故障信息实时传送给非航空电子监控处理机，以便飞行员了解飞机实时状态并作出正确的判断，确保飞行安全。
本文在详细分析恒速恒频交流电源系统和窄变频交流电源系统发电机控制器的功能、工作原理和结构的基础上，以×/×KVA喷油冷却窄变频交流电源系统全数字发电机控制器的研制为背景，研究并设计了具有双通道转换功能的航空交流电源全数字发电机控制器的通用开发平台的方案。该平台以数字信号处理芯片TMS320F2812为微处理器核心，采用双CPU结构，实现了以往模拟或半数字发电机控制器的全部功能——调压、控制、保护、自检测和通讯等功能，并对这些功能加以改进和完善；并在此基础上增加了与PC机的通讯功能。论文详细介绍了全数字发电机控制器各个模块的硬件设计与实现，在具体设计实现过程中，设计了多种实现方式，对各种方式进行了详细的分析与论证，并从工程化的角度考虑，对实现方式加以优选。除了实现控制器应有的功能之外，还从软硬件两个方面着手，对系统的可靠性、电磁兼容性进行了设计。
本文所设计的全数字控制器的硬件开发平台功能完善，性能好，通用性强，可以用于飞机电源系统以及电力系统的发电机控制器的研制和开发。
Generator Control Unit plays an important role in Aircraft Power Supply System. It is designed to the meet the output voltage requirements of APSS by regulating field current, implement various faults protections, faults detection and isolation, built-in test, and communicate with Non-aerial Monitoring Processor. It provides operation states information of APSS and generator and fault information for airman to assure safe flight.
Based on the analysis and research of Generator Control Unit functions, principle and structure in Constant Speed Constant Frequency and narrow Variable Frequency power supply systems, the architecture and functions of digital generator controller general development platform is designed. In this dissertation, it presents a structure with two central process units to make sure that the voltage regulator and other functions are independent. Digital signal processor TMS320F2812 is adopted as the processor. The detail design of hardware and software is discussed. The main functions of GCU are implemented and improved. A new function communication with computer is added. Reliability and Electromagnetic Compatibility are also considered as a very important part of the system.
The general development platform has a good performance. It can be used to design new Generator Control Unit for aircraft power supply system or power system.
本文在详细分析恒速恒频交流电源系统和窄变频交流电源系统发电机控制器的功能、工作原理和结构的基础上，以×/×KVA喷油冷却窄变频交流电源系统全数字发电机控制器的研制为背景，研究并设计了具有双通道转换功能的航空交流电源全数字发电机控制器的通用开发平台的方案。该平台以数字信号处理芯片TMS320F2812为微处理器核心，采用双CPU结构，实现了以往模拟或半数字发电机控制器的全部功能——调压、控制、保护、自检测和通讯等功能，并对这些功能加以改进和完善；并在此基础上增加了与PC机的通讯功能。论文详细介绍了全数字发电机控制器各个模块的硬件设计与实现，在具体设计实现过程中，设计了多种实现方式，对各种方式进行了详细的分析与论证，并从工程化的角度考虑，对实现方式加以优选。除了实现控制器应有的功能之外，还从软硬件两个方面着手，对系统的可靠性、电磁兼容性进行了设计。
本文所设计的全数字控制器的硬件开发平台功能完善，性能好，通用性强，可以用于飞机电源系统以及电力系统的发电机控制器的研制和开发。
Generator Control Unit plays an important role in Aircraft Power Supply System. It is designed to the meet the output voltage requirements of APSS by regulating field current, implement various faults protections, faults detection and isolation, built-in test, and communicate with Non-aerial Monitoring Processor. It provides operation states information of APSS and generator and fault information for airman to assure safe flight.
Based on the analysis and research of Generator Control Unit functions, principle and structure in Constant Speed Constant Frequency and narrow Variable Frequency power supply systems, the architecture and functions of digital generator controller general development platform is designed. In this dissertation, it presents a structure with two central process units to make sure that the voltage regulator and other functions are independent. Digital signal processor TMS320F2812 is adopted as the processor. The detail design of hardware and software is discussed. The main functions of GCU are implemented and improved. A new function communication with computer is added. Reliability and Electromagnetic Compatibility are also considered as a very important part of the system.
The general development platform has a good performance. It can be used to design new Generator Control Unit for aircraft power supply system or power system.
引文
[1] 于黎明．全电飞机的技术改进及其发展状况[J]．飞机设计，1999年9月第3期：P1～3．
[2] 严仰光主编．航空航天器供电系统[M]．北京：北京航空工业出版社，1995年8月．
[3] 刘建英 杨建忠编．飞机电源系统[M]．北京：兵器工业出版社，2004年8月．
[4] 沈颂华主编．航空航天器供电系统[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2005年9月．
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[11] 邹晓渔．60KVA变速恒频电源系统控制器研究[D]．西北工业大学硕士学位论文，2001年3月．
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