航空數(shù)字電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性自我診斷與分析

1、航空數(shù)字電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性自我診斷與分析在航空電源系統(tǒng)中，有用編程實現(xiàn)穩(wěn)定性測量可以很好舉行在線的檢測，對電源系統(tǒng)實時的分析推斷，以便利對電源系統(tǒng)舉行動態(tài)的調(diào)節(jié)，確保航空電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，本文設計了一種采納tms320f2812 dsp芯片為主體的新型的數(shù)字控制航空電源的穩(wěn)定性自我測試診斷計劃。本計劃中挑選dsp控制的數(shù)字移相全橋作為被測系統(tǒng)舉行試驗驗證。囫圇設計的優(yōu)點就在于，容易快捷，可移植性強，并且能夠?qū)崿F(xiàn)由dsp在數(shù)字控制電源拓撲的同時，動態(tài)的、在線的對系統(tǒng)自身的穩(wěn)定性舉行實時的診斷。1 工作原理對于航空電源來說，我們關懷的是環(huán)路中小信號擾動或元器件誤差對變換器的影響：擾動應當是隨時

2、光衰減的，而不能被放大。傳遞函數(shù)可以清晰的解釋這一點，假如傳遞函數(shù)顯示系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，那么擾動就會被放大，對應中將會浮現(xiàn)振蕩狀況。閉環(huán)傳遞函數(shù)能夠為確定電源閉環(huán)是否穩(wěn)定提供基本依據(jù)。一個穩(wěn)定的線性定常系統(tǒng)或環(huán)節(jié)，假如在它的輸入端加一個正弦信號r(t)=arsintot，那么，無論從理論上還是試驗上都可以證實，該系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的穩(wěn)態(tài)輸出是一個與輸出信號同頻率的正弦信號，但振幅和相角不同于輸入。保持輸入信號的幅值ar不變，將頻率從0到依次轉(zhuǎn)變，則系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)輸出的幅值ac和相角也隨著轉(zhuǎn)變，系統(tǒng)輸出量與輸入量幅值比隨頻率變幻的特性，稱為幅頻特性，常用a()表示；輸出量與輸入量之間的相位差隨頻率變幻的特性，稱

3、為相頻特性，常用()表示。兩者合稱為頻率特性或頻率響應，常用g(j)表示，即g(j)=a()ej()它是一個以頻率為自變量的復變函數(shù)，也就是傳遞函數(shù)，因此，本文的思路是利用小信號注入的辦法，通過激勵信號和響應信號的幅值和相位變幻得到被測系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，最后推斷出系統(tǒng)是否穩(wěn)定。2 設計計劃囫圇系統(tǒng)由三個模塊組成：由dsp與dds共同作用的掃頻信號發(fā)生模塊；被測系統(tǒng)響應信號的采樣模塊；穩(wěn)定性推斷模塊。系統(tǒng)的總體框圖1所示。圖2為本系統(tǒng)用法的測試系統(tǒng)一數(shù)字控制移相全橋。3 系統(tǒng)的設計根據(jù)設計思路，我們首先介紹等幅變頻小信號源的發(fā)生部分。在這部分中，分為硬件和軟件兩部分舉行介紹。硬件上，等幅變頻信號源

4、由dsp芯片tms320f2812和dds芯片ad9852共同組成。dds普通由相位累加器、波形存儲器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器及低通組成，其基本原理是將波形數(shù)據(jù)先存儲起來，然后在頻率控制字的作用下，通過相位累加器從存儲器中讀出波形數(shù)據(jù)，最后經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換和低通濾波之后輸出。本次設計中，參考時鐘信號由外接50mhz的石英晶體產(chǎn)生。經(jīng)內(nèi)部可編程參考時鐘相乘器4倍頻后，dds參考時鐘頻率為200mhz。在輸出后面濾波器設計為80mhz的。主要的輸出要求如下：掃頻范圍為：1"80mhz(正弦波)；掃頻非線性：5；輸出：05v。在軟件上，我們給出dsp對dds的控制流程：(1)給系統(tǒng)上電，由dsp向ad98

5、52發(fā)出復位信號，此信號需要起碼保持1o個參考時鐘周期的高電平；(2)將sp select置1，挑選并行數(shù)據(jù)輸入方式；(3)給ad9852發(fā)送控制字，使ad9852工作狀態(tài)由缺省的內(nèi)部更新時鐘模式轉(zhuǎn)變成外部時鐘更新模式；(4)將ad9852時鐘倍頻器工作的控制字寫入ad9852的io緩沖寄存器中，然后由dsp發(fā)出外部更新時鐘，更新ad9852內(nèi)部控制寄存器；(5)dsp發(fā)出外部更新信號，起碼等待10 ms時光使ad9852內(nèi)部鎖相環(huán)鎖定。然后由dsp發(fā)送有關信號波形參數(shù)給ad9852，對內(nèi)部控制寄存器內(nèi)容舉行更新，使ad9852輸出模擬信號。第二，我們介紹等幅變頻小信號注入被測系統(tǒng)詳細實現(xiàn)。普

6、通而言，在系統(tǒng)的正常操作下，要使所注入的測試信號是有效的，且不受任何衰減和干擾，則注入點的挑選必需滿足下列兩個要求：(1)信號回路必需限制為單一路徑；(2)在信號注入點之處，輸出阻抗必需運小于輸入阻抗。通過對被測電源變換器舉行建模分析，我們找到最佳掃頻信號注入點，3箭頭所指的地方。將測試掃描信號注入轉(zhuǎn)換器控制回路中的裝置，可以借助下面三種方式來實現(xiàn)：(1)用法主動總和銜接注入(active summing junction injection)裝置；(2)用法電壓器注入裝置；(3)用法測試棒注入裝置。在這里用法來作為注入裝置。詳細實現(xiàn)是：在變壓器t的原邊端銜接到掃頻信號源，而在副邊端并聯(lián)一個適

7、當?shù)?，以達到阻抗匹配的效果，然后將囫圇裝置的副邊端串連到被測系統(tǒng)的適當注入點處，這樣就可以舉行頻率響應的測試了。一系列等幅變頻正弦信號注入到被測系統(tǒng)之后，我們用法ad采樣將激勵信號和響應信號的相關數(shù)據(jù)傳輸?shù)絛sp中。因此，我們在最后一步介紹，采樣以及數(shù)據(jù)在dsp內(nèi)部的相關算法處理。我們所用法的ti公司的tms320f2812dsp芯片，自帶有ad采樣模塊，但是ad采樣頻率為125mhz，而變頻信號源的頻率上限為100mhz，根據(jù)奈奎斯特采樣理論，明顯挺直采樣并不行行，因此采納欠采樣的辦法舉行響應信號的采樣。文獻中提到，帶通信號f(t)，其通帶為(f1，f2)。按照帶通采樣定理，只要fs和被采樣

8、帶寬(f1，f2)滿足式(1)要求，則不必大于2倍最高信號頻率，仍然可以復原出原信號。式中：n是滿足式(2)的某正整數(shù)。因為掃頻信號源產(chǎn)生的信號頻率是延續(xù)變幻的，因此按照公式計算出來的fs也是延續(xù)變幻的，我們將ad外設時鐘由dds產(chǎn)生，在程序中計算出掃頻信號所對應的fs，將其送入dds的頻率字控制寄存器中，dds輸出變頻信號的同時，輸出同頻率的ad采樣控制信號，可實現(xiàn)與掃頻信號同步地變速率采樣。將數(shù)據(jù)采樣到dsp之后，由文獻，我們可以得出被測系統(tǒng)的實頻特性u()和虛頻特性v()的計算公式以及系統(tǒng)的相頻特性()的計算公式。u和v為傳遞函數(shù)的實部和虛部，式(3)中兩個表達式為離散后的計算公式。t為采樣間隔；m為采樣次數(shù)。在dsp中，將采集的數(shù)據(jù)通過該公式，得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，從