大气参数测试仪校准系统设计研究

论文摘要

本文以ARM硬件＋WCE嵌入式操作系统平台为核心，开发研制了大气参数测试仪校准装置，可解决急需大气参数测试仪进行现场校准问题，满足当前型号研制中大气参数测量校准的急切需求。根据课题的来源和技术要求，对大气参数测试仪校准系统的总体系统进行了设计，并在总体方案设计的基础上对硬件的设计、软件设计和实现、校准系统校准结果的不确定度分析等进行了比较深入的研究。大气参数测试仪校准装置包括主机和气泵两个部分。主机由中央控制CPU、静压及总压控制电路、静压及总压控制阀组、静压及总压主传感器、静压及总压控制传感器等。传感器采用两个高精度绝压传感器的作用是对气路的压力进行测量，并在控制模式下参与气路的微调和微控；压力控制方面采用基于高速开关电磁阀的压力控制系统，其具有结构简单，价格便宜，工作可靠及便于计算机控制，可实现气路的微调和微控等优点；为了提高测量精度，采用了测周法进行频率测量。为了使校准系统控制的更加准确，不仅使用了传统的PID控制方式，还采用了智能控制理论的算法，对高速电磁阀进行控制，达到对系统的总静压的精确输出，以便提供标准压力源，对型号科研生产中使用的压力仪器进行校准。最后分析了大气参数测试仪校准装置的不确定度分量，分析了A类不确定度和B类不确定度，通过公式合成整个校准系统的不确定度，不确定度的结果符合本课题所提出的技术指标。经验证，所开发的大气参数测试仪校准系统性能稳定。通过手工校准和采用校准系统的自动化校准数据比较分析，结果表明校准系统达到了系统设计之初提出的技术指标，功能可靠，且具有很好的操作性，能够满足实际工作的需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 大气参数测试仪校准的重要性
• 1.3 国内外相关设备发展现状
• 1.4 本课题的目的及意义
• 1.5 前人所做的工作
• 1.6 本文研究内容
• 第2章 大气参数测试仪校准系统总体方案设计
• 2.1 大气参数测试仪校准系统主要技术指标
• 2.2 大气参数的数学模型分析
• 2.2.1 气压与高度的关系
• 2.2.2 空速测量原理
• 2.2.3 马赫数的测量原理
• 2.2.4 大气参数模型转换
• 2.3 气体压力控制系统选择
• 2.4 系统总体设计
• 第3章 大气参数测试仪校准系统的硬件设计与实现
• 3.1 控制 CPU 的选取
• 3.2 气体压力传感器的选取
• 3.3 高精度气体压力控制器件选取
• 3.3.1 高度电磁阀的选取
• 3.3.2 高速电磁阀控制电路的设计
• 3.3.3 复杂气路系统设计及加工
• 3.4 压力传感器测频电路设计
• 3.4.1 FDC9201 测频芯片简介
• 3.4.2 系统测频原理
• 3.4.3 大气参数测试仪校准系统测频电路设计
• 3.4.4 系统的 F/D 转换精度分析
• 3.5 大气参数测试仪温度补偿电路设计
• 3.5.1 AD9057 芯片简介
• 3.5.2 系统温度补偿电路设计
• 3.6 键盘电路的设计与实现
• 第4章 大气参数测试仪校准系统的软件设计
• 4.1 Windows CE 概述
• 4.1.1 Windows CE 简介
• 4.2 软件总体设计
• 4.3 软件流程图
• 4.4 软件功能模块
• 4.4.1 自检模块
• 4.4.2 参数设置模块
• 4.4.3 测量模式
• 4.4.4 控制模式
• 4.4.5 程控
• 4.4.6 开机过程
• 4.5 小结
• 第5章 控制算法的实现
• 5.1 PlD 控制算法的实现
• 5.2 智能控制算法的实现
• 5.2.1 智能控制对象模型
• 5.2.2 智能控制模型
• 5.2.3 实验结果
• 5.2.4 不确定度分析
• 结论
• 主要参考文献
• 致谢