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矿用本安直流电源自动测试系统开发

王启亮  
【摘要】:矿用本质安全型直流电源是井下电子设备采用最为广泛的电力供应装置,电源的性能关系到整个矿井的生产安全。我国在本安电源的研究方面,更加侧重于本安电源本身性能的研究,针对检测方法和检测装置的研究较少。随着本安电源的产量和应用不断地提升,针对其研究设计可靠性、测试精度、性价比和自动化程度高的测试系统,对提升矿用本安电源测试水平和电源性能具有重要意义。本文主要开展了以下工作:(1)依据国家和煤矿行业标准MT/T 1078-2008、SJ/T 11432-2012等标准要求,研究确定了本安电源性能评价所包括的输入输出性能测试、瞬态响应测试、源效应和负载效应、稳定性测试、开关机性能测试、限压限流保护测试和备用电源性能测试等7个测试项目,15个主要检测参数及其测试方法。(2)根据本安电源性能测试的试验要求,分析系统硬件需求。基于虚拟仪器技术构建了由程控交流供电激励模块、电子负载加载模块,数字示波器、传感器、采集卡组成的测试模块和PXI总线方式主机4部分组成的硬件平台。完成了 PXI主机、采集卡、数字示波器、电子负载、传感器的选型和开关控制器、接口适配器及信号调理电路的设计制作。(3)根据测试软件的功能要求,对测试系统软件需求进行分析,选择Labview2017作为系统软件开发平台,采用面向过程和面向组件的程序设计方法开发了本安电源测试系统软件,实现了对外部仪器控制和数据读取、测试信号采集和处理、测试数据的管理和测试报表自动生成等功能。采用状态机结构实现程序运行控制,通过Labview的VISA功能与仪器标准命令(SCPI)联合实现数字示波器和电子负载等外部仪器的控制,根据信号特点选择信号的截断方式,采用拉伊达准则进行异常数据处理,采用防脉动干扰复合滤波器方法对采样数据进行滤波处理,采用Tdms流方式对数据进行存储管理。(4)通过静态标定实验对测试系统静态特性进行分析,得到系统主要静态特性指标灵敏度为0.983,非线性度≤1.364%,回程误差≤2.260%,重复性≤0.966%,精度≤3.661%。采用实验与系统辨识相结合的方法对测试系统动态特性进行分析。基于阶跃响应实验数据确定假设模型,通过最小二乘法估算假设模型的参数,通过周期图检验法对假设模型进行假设检验,检验结果表明对系统的阶次和参数估计是合理的。依据建立的数学模型,通过频率响应实验,得到测试系统的示波器测量模式工作频率范围为0≤ω1≤144.93rad/s,采集卡测量模式工作频率范围为0≤ω2≤11.76rad/s。(5)通过实验对测试系统的主要功能进行验证。结果表明,本文研发的本安电源性能测试系统所具有的功能能够满足国家煤矿行业标准MT/T1078-2008等对电源性能测试的要求。


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