一種多開關(guān)、多回路協(xié)同工作的控制系統(tǒng)和控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航空器雷電直接效應(yīng)試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，涉及航空器雷電直接效應(yīng)試驗(yàn)的方法和系統(tǒng)，尤其是一種多開關(guān)、多回路協(xié)同工作的控制系統(tǒng)和控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳纖維復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事及民用工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域。隨著飛機(jī)設(shè)計(jì)的改進(jìn)和碳纖維復(fù)合材料技術(shù)的進(jìn)步，碳纖維增強(qiáng)型聚合物復(fù)合材料CFRP(CarbonFiber Reinforced Polymers)在大型民用飛機(jī)、軍用飛機(jī)、無人機(jī)及隱形飛機(jī)上的用量不斷增長，空客A350XWA上CFRP材料所占的比例達(dá)到53 %。但相比較傳統(tǒng)使用的鋁、鋼和鈦合金材料，CFRP的電傳導(dǎo)性能差，這就使得CFRP層合板在雷擊情況下無法像金屬材料那樣具有短時(shí)間使積累的電荷迅速轉(zhuǎn)移或擴(kuò)散的能力，這部分積聚的能量以焦耳熱的形式使得CFRP溫度急劇升高，從而導(dǎo)致CFRP的纖維斷裂、樹脂熱解、深度分層等嚴(yán)重?fù)p傷。
[0003]大飛機(jī)雷電直接效應(yīng)的試驗(yàn)和測量是目前國內(nèi)外關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，其主要原因是大飛機(jī)雷電直接效應(yīng)測量的雷電電流波測試裝備及控制方法不能滿足大飛機(jī)所設(shè)計(jì)的材料、結(jié)構(gòu)件及整機(jī)研究和發(fā)展的需求，歐盟和美軍標(biāo)規(guī)定了航空器雷電直接的試驗(yàn)要求和雷電分量，其中雷電分量包括分量A(首次雷電回?fù)舴至?或Ah (首次雷電回?fù)舻倪^渡分量)、B(中間電流分量)、C/C*(持續(xù)電流分量)和D(后續(xù)回?fù)舴至?電流波，其中雷電流分量A、Ah和D波可以用振蕩波和單極性波兩種形式。由于單極性雷電波能夠較好的模擬實(shí)際的雷電效應(yīng)，通常被作為國內(nèi)外認(rèn)可的試驗(yàn)波形，其中雷電流分量A/Ah和D波采用的是CROWBAR回路，但大容量、高耐壓的CROWBAR開關(guān)和控制技術(shù)及其多種波形的協(xié)同工作的時(shí)序控制方法和技術(shù)已經(jīng)成為嚴(yán)重制約了大飛機(jī)雷電直接效應(yīng)試驗(yàn)的和大飛機(jī)發(fā)展的瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種應(yīng)用于航空器雷電直接效應(yīng)的多開關(guān)、多回路協(xié)同工作的控制系統(tǒng)和控制方法。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明首先提出一種多開關(guān)、多回路協(xié)同工作的控制系統(tǒng):該系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)控制單元、微型計(jì)算機(jī)處理單元、光隔離模塊和高壓觸發(fā)模塊；
[0007]所述計(jì)算機(jī)控制單元由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和可編程序邏輯控制器組成，其作用是進(jìn)行的時(shí)序參數(shù)設(shè)置、試驗(yàn)?zāi)Ｊ綍r(shí)序控制、試驗(yàn)狀態(tài)的控制和在線顯示；
[0008]所述微型計(jì)算機(jī)處理單元進(jìn)行航空器雷電直接效應(yīng)的多開關(guān)、多回路協(xié)同工作時(shí)序的精確分析處理和精確控制；
[0009]所述光隔離模塊是隔離航空器直接效應(yīng)的雷電流波形成的強(qiáng)電磁干擾對控制系統(tǒng)的影響，提高航空器雷電直接效應(yīng)測量的多開關(guān)、多回路系統(tǒng)工作的控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性；
[0010]所述高壓觸發(fā)模塊是為航空器雷電直接效應(yīng)的各雷電流回路中的多路開關(guān)提供高壓觸發(fā)脈沖；
[0011 ] 所述光隔離模塊由多路光接收電路和光發(fā)射電路組成，光發(fā)射電路將由計(jì)算機(jī)控制單元和微型計(jì)算機(jī)處理單元傳輸來的控制信號變換為光信號；光發(fā)射電路的輸出信號經(jīng)過光纖傳輸至具有肖特基輸出特性的集成電路組成的光接收電路。
[0012]上述光發(fā)射電路的波長為660nmo
[0013]本發(fā)明還提出一種多開關(guān)、多回路協(xié)同工作的控制方法，具體為:在計(jì)算機(jī)控制單元上設(shè)置針對航空器不同區(qū)域雷電直接效應(yīng)的試驗(yàn)?zāi)Ｊ揭约袄纂娏鰽/Ah波的主開關(guān)和CROWBAR開關(guān)之間、雷電D波的主開關(guān)和CROWBAR開關(guān)之間以及多回路雷電A/Ah波、B波、C/C*波和D波之間的時(shí)序參數(shù)，計(jì)算機(jī)控制單元通過光纖通訊傳輸至微型計(jì)算機(jī)處理單元，微型計(jì)算機(jī)處理單元對雷電流A/Ah、B、C/C*和D波的多開關(guān)、多回路協(xié)同工作時(shí)序參數(shù)進(jìn)行分析和處理，輸出控制量到光隔離模塊，通過對高壓觸發(fā)控制模塊的控制從而實(shí)現(xiàn)對航空器雷電直接效應(yīng)試驗(yàn)的多開關(guān)、多回路協(xié)同工作的綜合控制。
[0014]上述光隔離模塊為多通道光隔離控制單元。
[0015]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0016]本發(fā)明的多開關(guān)、多回路協(xié)同工作的控制系統(tǒng)和控制方法能夠在計(jì)算機(jī)控制單元的人機(jī)交互界面上設(shè)置針對航空器不同區(qū)域雷電直接效應(yīng)的試驗(yàn)?zāi)Ｊ揭约袄纂娏鰽/Ah波的主開關(guān)和CROWBAR開關(guān)之間、雷電D波的主開關(guān)和CROWBAR開關(guān)之間以及多回路雷電A/Ah波、B波、C/C*波和D波之間的時(shí)序參數(shù)，從而使微型計(jì)算機(jī)處理單元對雷電流的多開關(guān)、多回路協(xié)同工作時(shí)序進(jìn)行分析和處理，再通過對高壓觸發(fā)模塊的控制達(dá)到對航空器雷電直接效應(yīng)試驗(yàn)的多開關(guān)、多回路協(xié)同工作的綜合控制，此控制方法和控制系統(tǒng)也可以用于航空材料、結(jié)構(gòu)件等雷電直接效應(yīng)的試驗(yàn)。有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)瓶頸。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的航空器雷電直接效應(yīng)測量的雷電流分量A/Ah波、B波、C/C*波和D波發(fā)生回路原理圖。
[0018]圖2是本發(fā)明的航空器雷電直接效應(yīng)試驗(yàn)的多開關(guān)、多回路協(xié)同工作的控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖3為本發(fā)明的航空器雷電直接效應(yīng)的多開關(guān)、多回路協(xié)同工作的雷電流A/Ah波、B波和D波的高壓觸發(fā)脈沖電源結(jié)構(gòu)框圖。
[0020]圖4是本發(fā)明的航空器雷電直接效應(yīng)試驗(yàn)的多開關(guān)、多回路協(xié)同工作的控制方法的控制模式和控制流程；其中(a)為控制模式框圖，(b)為控制模式曲線圖，(C)為控制流程框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]本發(fā)明首先提出一種多開關(guān)、多回路協(xié)同工作的控制系統(tǒng):包括計(jì)算機(jī)控制單元、微型計(jì)算機(jī)處理單元、光隔離模塊和高壓觸發(fā)模塊；所述計(jì)算機(jī)控制單元由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和可編程序邏輯控制器組成，其作用是進(jìn)行的時(shí)序參數(shù)設(shè)置、試驗(yàn)?zāi)Ｊ綍r(shí)序控制、試驗(yàn)狀態(tài)的控制和在線顯示；所述微型計(jì)算機(jī)處理單元進(jìn)行航空器雷電直接效應(yīng)的多開關(guān)、多回路協(xié)同工作時(shí)序的精確分析處理和精確控制；所述光隔離模塊是隔離航空器直接效應(yīng)的雷電流波形成的強(qiáng)電磁干擾對控制系統(tǒng)的影響，提高航空器雷電直接效應(yīng)測量的多開關(guān)、多回路系統(tǒng)工作的控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性；所述高壓觸發(fā)模塊是為航空器雷電直接效應(yīng)的各雷電流回路中的多路開關(guān)提供高壓觸發(fā)脈沖；所述光隔離模塊由多路光接收電路和光發(fā)射電路組成，光發(fā)射電路將由計(jì)算機(jī)控制單元和微型計(jì)算機(jī)處理單元傳輸來的控制信號變換為光信號；光發(fā)射電路的輸出信號經(jīng)過光纖傳輸至具有肖特基輸出特性的集成電路組成的光接收電路。所述光發(fā)射電路的波長為660nm。
[0022]本發(fā)明的多開關(guān)、多回路協(xié)同工作的控制方法為:在計(jì)算機(jī)控制單元上設(shè)置針對航空器不同區(qū)域雷電直接效應(yīng)的試驗(yàn)?zāi)Ｊ揭约袄纂娏鰽/Ah波的主開關(guān)和CROWBAR開關(guān)之間、雷電D波的主開關(guān)和CROWBAR開關(guān)之間以及多回路雷電A/Ah波、B波、C/C*波和D波之間的時(shí)序參數(shù)，計(jì)算機(jī)控制單元通過光纖通訊傳輸至微型計(jì)算機(jī)處理單元，微型計(jì)算機(jī)處理單元對雷電流A/Ah、B、C/C*和D波的多開關(guān)、多回路協(xié)同工作時(shí)序參數(shù)進(jìn)行分析和處理，輸出控制量到光隔離模塊，通過對高壓觸發(fā)控制模塊的控制從而實(shí)現(xiàn)對航空器雷電直接效應(yīng)試驗(yàn)的多開關(guān)、多回路協(xié)同工作的綜合控制。所述光隔離模塊為多通道光隔離控制單元。
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0024]參見圖1，本發(fā)明的航空器雷電直接效應(yīng)測量的雷電流分量A/Ah波、B波、C/C*波和D波回路，其中雷電流分量A/Ah波、D波采用CROWBAR回路，回路中包含放電兩個(gè)開關(guān)——主開關(guān)和CROWBAR開關(guān)。雷電流分量A波發(fā)生回路由儲(chǔ)能電容、形成電感、主開關(guān)A、CROWBAR開關(guān)A和測量A組成，雷電流分量A的波形為單極性，其放電電流峰值、比能和持續(xù)時(shí)間滿足峰值電流200kA(±10% )，作用積分2X 16A2S (±20% ) (in 500 μ s)，持續(xù)時(shí)間不大于500 μ s ;雷電流Ah波放電電流的波形為單極性(可以與雷電流分量A發(fā)生回路共用)，其放電電流峰值、比能和持續(xù)時(shí)間滿足峰值電流150kA(±10% )，作用積分
0.8X 16A2S (±20%) (in 500 μ s)，持續(xù)時(shí)間不大于500 μ s ;雷電流B波發(fā)生回路是由電容和電感組成的人工模擬傳輸線網(wǎng)絡(luò)，電容和電感的鏈數(shù)至少為8，放電電流用測量B完成，其放電電流峰值、電荷量和持