1、基于 FPGA 的装备故障维修训练平台设计基于 FPGA 的装备故障维修训练平台设计高飞,常天庆,张国梁(装甲兵工程学员控制工程系)摘要:文章介绍一种采用 FPGA 作为核心控制芯片的装备故障维修训练平台,阐述了其工作原理和设计方案,并讨论了其技术难点和解决方法.该故障维修训练平台成本低,可设置故障数目多,通用性强,可大幅度提高维修训 I 练效果.GaoFei,ChangTianqing,ZhangGuoiiang(DepartmentofControlEngineering,AcademyofArmoredForceEngineering)Abstract:ThiSpaperintroduc
2、esafaultmaintainsystemadoptingFPGAascontrolchip,expatiatestheelementsanddesignproject,discussesthedifficultyandkeystone.ThiSfau1tmaintainsystamiScheap,current,settingfaultnumerous.ThiSsystemcanimprovethemaintainingeffectenormously.Keywords:FPGh,FaultMaintain,FaultMachine,FaultMapping引言随着科技的飞速发展,装备技术
3、含量越来越高,大量高新技术不断被采用,使得在高科技条件下装备作战效能的发挥更加依赖于部队的装备保障能力.装备保障能力成为战斗力的重要组成部分.部队维修人员作为装备保障能力的主体,他们的维修水平,直接决定了装备保障能力的高低.如何在短时间内,在不花费大量经费的情况下,快速,高效地培养维修技术人员,使他们能在短时间熟练掌握装备故障排除的方法,成为摆在我们面前的一项重大课题.1 故障维修训练平台的总体结构该维修训练平台的构建依据实装,将部件端口作为故障注入点,在各个部件的接口处接入部件故障机,只是对部件的输入输出信号作相应的处理,达到由正常信号到故障信号的映射,而不改变部件内部电路和部件问的连接关系
4、.该维修训练平台原理框图如图 1 所示:整个系统由上位机软件,串行通信模块和故障机组成.系统软件由监控程序,专家系统,训练考评系统,串行通信软件和数据库组成.监控程序主要是控制界面;专家系统为学员的训练提供实时帮助;训练考评系统主要对学员检测维修的结果作出判定;数据库根据故障汇编进行构建,包括内容:故障代码,故障现象,故障机理.数据库的设计预留扩展功能,为训 I 练平台的完善和升级提供条件;监控程序,专家系统和训练考评系统实时调用数据库的故障现象和故障机理,实现相应的功能,同时通过串行通信软件向下位故障机发送相应的故障代码.系统通信采用的是 RS485 串行通信方式,采用单向一发多收的广播式通
5、信模式,即上位机作为主机,根据监控程序发送相应的代码,各个部件的故障机同时从主机接收故障代码,根据不同的故障代码,执行相应的动作.RS485 串行通信为两线制通信 ,驱动能力强,通信距离可达Jl000M,可以满足实车训练故障机外接的条件 .图 1 维修训练平台总体框架2 部件故障机原理故障机由通用控制模块,串行通信模块,程控开关矩阵,程控信号源,电源模块,调试按键及 LED 显示和输入输出接口 7 部分组成.串行通信模块接受上位机发送的故障代码,送入通用控制模块,通用控制模块根据故障代码,启动相应的程控开关矩阵和程控电源,通过输入输出接口对火控系统注入故障数据.为了调试方便,设置了调试按键和
6、LED 显示,可以手动输入故障代码.有效的防止上位机软件故障导致系统瘫痪.故障机的设计也为下一步的故障扩展预留了端口,使系 I统具备很好的扩展性能.I4.3TTL 电平及 TTL 数据信号控制模块根据故障代码,断开对应接口,由 FPGA通过程控直接输出相应的故障数据.厂lFPG 芯 A 片I.正常模式:OUT=IN;故障模式:OUT=故障数据.五,结论采用 FPGA 作为控制芯片进行装备故障维修训练平台设计,能够对各类不同类型的故障进行映射,故障设置数量多,种类全,通用性好,能够较大程度的提高部队维修训练的水平,有很好的应用前景.参考文献:1戚鲁江.外军装甲兵训练模拟设备M.解放军出版社,20
7、012朱继洲.故障树原理和应用M.西安交通大学出版社,19893PattonRJ,HouM.DesignofFaultDetectionandIsolationObservers:AmatrixPencilApproachj.Automatica.1998,34(9):1135-1140l【4j4 故障注入方案研究 l为了对各类不同类型的故障进行故障映射,达到故 l障模拟的目的,在故障机理分析的基础之上,对故障进 i行了分类,针对各种不同类型的故障,采用不同的故障注入方法进行故障注入:4.1 模拟电压信号:4.1.1 可变电压源可变电压源作为模拟信号,无功率要求,设计中将 115V 电源稳压至
8、 6.2V,程控电位器分压调节,经过电压跟随器后,由 AD 开关给出,其输出范围为 0-6.2V.14.1.2 直流偏置注入程控电位器作为直流偏置环节,将直流偏置注入到 l原有信号中,由 AD 开关给出.I4.1.3 信号增大及衰减 I程控调节信号的反馈系数,进而改变信号的放大系 i数,达到信号的放大或缩小,由 AD 开关给出.;4.1.4 交流信号:采用文式电桥振荡电路,产生固定频率,幅度可调:的交流信号,由 AD 开关给出.4.2 电源信号和开关量:电源信号和开关量的控制信号,经驱动芯片驱动后,:控制继电器动作,使输出状态变为接地或高阻状态.!FrankPM.FaultDiagnosiSinDynamicsSystemsUsingAnalyticalandKnowledgebasedRedundancyaSurveyandSomeNewResultsJ.Automatica,1990,26:459474
