罗雨，王正之，张兢晶，叶薇薇，李欣宇
（上海航天电子技术研究所，上海， 201108）
0 引言
随着武器装备的性能需求提升[1]，作为能源枢纽的配电系统直接关系到装备的整体作战性能和战场生存能力[2]。雷达整车的配电系统承担着整车能源转换、分配和控制的任务，在满足客户需求的同时需要具备较好的可靠性、便捷性和可维护性。通常，在外场环境中若需要更改配电系统的控制策略以应对新的使用环境，传统雷达整车配电系统需要对软件进行更新升级[3,4]。由于雷达车在军事应用中的特殊性，配电系统软件更新升级需要设计人员修改控制程序，存在一定的局限性。雷达整车供配电系统控制策略灵活性有待提升。
为了解决在更改控制策略时难以进行软件升级更新的问题，本文提出一种雷达整车配电系统在线策略重构设计方法，能够在配电系统设计研制过程中对同类控制插件进行通用化设计并引入在线策略重构接口，在配电系统自身显示界面进行操作即可完成控制策略更改。
1 配电系统架构
雷达整车配电系统每路负载用电控制采用插件实现，根据主体功能和电源类型可划分为交流配电插件、交流执行插件、直流配电插件和直流执行插件。配电系统中还存在负责实现整个配电系统协调调度的管理单元和负责实现人机交互显控单元，系统架构如图1 所示。
图1 配电系统架构
其中，显控单元主要负责人机交互，包括用电设备控制与状态显示、插件配执参数设置、配电策略重构等功能的图形化显示与指令下发；管理单元是整个配电系统的中枢，负责完成插件统一调度管理、按键检测、指令下发与数据传递、故障显示和存储等任务；交流配电插件和直流配电插件根据输入电源类型选用，实现电源输入控制、输入电源监测与保护，多电源输入情况下，配电插件与管理单元配合可实现输入源切换；交流执行插件和直流执行插件根据用电设备电源类型选用，可实现用电设备供断电控制、用电设备电源状态监测与保护。各类插件均可根据实际使用场景需求进行功能配置。
2 通用化插件设计
实现策略重构的前提之一是插件自身灵活性高，插件之间互换性强。在整个配电系统中，配电插件和执行插件数量众多，减少插件种类有利于降低系统维护成本和提升配电系统策略重构的可能性。为此，需要对插件进行通用化设计。
根据四类插件的功能共性与差异性进一步精简种类，可在软硬件设计上将交流配电插件和交流执行插件统一设计为交流配执插件，将直流配电插件和直流执行插件统一设计为直流配执插件。为了实现这两类插件在对外信号接口上统一设计，每个插件均具有三路独立输入输出接口，其差异体现在功率接口、电源监测实现方式和保护形式等方面，交流配执插件的功率接口可变形为1 路三相四线交流或者是3路单相交流。两类插件均可简化为图2 所示架构。
图2 插件架构图
■2.1 通用化信号接口设计
插件信号接口的设计需要考虑配电系统不同使用环境下的各种需求。在通断电控制方面，配电系统通常采用继电器或带电操的断路器进行输入输出控制，而这两类执行机构的控制方式有所不同：继电器的通断控制逻辑采取高低电平形式，动作电流较大，需要利用MOS 管进行驱动；断路器的通断控制逻辑采取脉冲信号形式，动作电流小，利用光耦进行隔离控制。
有些配电系统还要求具备本控/遥控选择旋钮，能够本控加断电。分别引入本控加电和禁止加电控制信号，通过光耦引入主控MCU。为了确保执行机构执行通断电无误，信号接口还引入了状态信息，将控制进行闭环管理。
为了实现配电系统内部数据交互，插件信号接口还具有CAN 通信接口和控制电输入接口，信号接口明细见表1。
表1 插件信号接口明细表
■2.2 通用化软件设计
通用化插件设计的另一个要点是软件通用化设计，软件通用化设计要求在不改动软件代码的前提下，通过调整部分参数使得插件能够适用于不同工作环境需求。在实际应用中，并不是所有信号接口都会同时使用，此时若不对闲置接口进行约束，会导致输入信号引脚出现干扰异常状况时，软件采集到异常状况并执行错误指令。
为了解决这个问题，对信号接口赋予使能，在存储器内添加各接口功能使能标志。每次启动时插件按照存储器内配置参数信息设置为所需模式，并且根据配置参数信息中使能标志情况将信号接口信号划分为有效信号和无效信号，软件运行时所有无效信号均不处理。存储器内的配置参数包括：配执模式、用电设备类型、继电器控制使能、断路器控制使能、本控加电控制使能、禁止加电使能、状态信息反馈使能和修正系数等。
对于有效信号，软件按照规则一一对应动作。继电器和断路器的控制逻辑在前文已有描述，需要注意的是断路器的通断控制是两个引脚，不可同时发送通、断两个控制脉冲；当本控加断电控制信号触发时，插件执行根据信号变化情况执行加断电操作，若同时CAN 总线下发了加断电控制指令，插件以最后采集到的状态为准；禁止加电信号的优先级最高，只要出现禁止加电信号，插件不响应任何加电指令，同时关闭执行结构，禁止加电接口还可引入其他插件执行机构的动作状态信息，将多个互斥插件动作进行联动，例如某配电系统存在市电、油机、取力多路电源输入，插件根据其他插件动作状态与系统调度信息进行协调规划，从而实现互斥控制，避免配电系统多源输入并接发生故障；为了提升插件通断电控制的可靠性，及时发现异常状态，插件通过状态信息反馈接口引入执行机构动作状态进行闭环控制（图3），一旦执行机构发生异常状态无法正常动作，能够早发现、早处理。
图3 闭环控制过程
3 策略重构
在实际使用环境中，由于某些因素的需求和限制，配电系统需要在不进行软件更新升级的前提下，在线完成配电系统控制策略调整，常见的策略调整包括用电设备自启动策略重构和插件执行策略重构。
■3.1 用电设备自启动策略重构
配电系统后级用电设备种类繁杂、数量多，部分用电设备需要在配电系统主控板运行后自动加电，通常自启动的用电设备和启动顺序在研制阶段已确定。在使用过程中可能会因为用户方的需求或者某些应急场合下，需要新增、删减、调整自启动设备的种类、顺序和时间间隔，此时就需要对用电设备自启动策略进行重构。
自启动策略重构操作由显控单元和管理单元实现。显控单元进行人机交互实现策略设置操作，首先在显控单元上选择进入自启动策略重构模式，进入模式后会显示所有用电设备启动参数，此时可根据新的策略需求选择用电设备并设置启动顺序和间隔，所有需要自启动的设备均设置完成后点击确认按钮，配电系统将自主完成剩余配置任务。启动策略重构流程如图4 所示。
图4 自启动策略重构流程
自启动策略重构界面如图5 所示，界面具备用电设备自启动使能勾选框、优先级设置框、启动间隔时间设置框以及确认框。其中，使能勾选框有两种颜色，当用电设备被选为自启动序列后，框的颜色变为绿色，未被勾选时为白色；启动间隔时间为与前一优先级用电设备启动相差的时间；凡是未被选入自启动序列的用电设备，其优先级框和启动间隔框为灰色不可选择状态。当多个用电设备具备相同优先级时，仅第一个设置为该优先级的设备能够设置启动间隔时间。当所有用电设备设置好后，点击界面的确认按钮，此时显控将自启动策略设置指令发送给管理单元，由管理单元进行下一步操作。
图5 自启动策略重构界面
图6 插件接口参数设置
当显控单元下发自启动策略重构指令给管理单元后，由管理单元完成后续策略重构任务。管理单元根据指令内容进行整理，从指令中提取自启动用电设备信息用于构建自启动控制序列，将控制序列进一步整合成自启动策略存储到管理单元的存储器内，每次管理单元重新运行时再将序列读取出来按照存储的策略对设备进行启动控制。
■3.2 插件执行策略重构
雷达整车配电系统在使用过程中，可能存在插件中的某路控制或者插件整体失效的情况，为了不影响雷达整车主体功能的使用，此时需要对插件进行备件更换。在有备件的场合，传统配电系统的插件备件放置在指定位置需要对插件中用于表述插件位置的电阻进行焊接调整。在无备件的场合，当保障整车主体功能的插件失效时，为了保证主体功能的正常使用，传统配电系统需要将非主体功能的正常插件与主体功能的异常插件进行替换或者互换，在此过程中同样需要对相关电阻进行焊接调整。用户方使用现场可能存在无焊接设备的情况，传统配电难以短时间内解决插件失效问题，新型配电系统中对插件执行策略进行重构能够解决这个问题。
依托于通用化插件每次重新运行时自动读取存储器的配置内容对自身进行配置管理，配电系统中插件更换除必要的结构拆装外，仅需要对插件存储器内按照新的执行策略进行重构即可。和自启动策略重构类似，在显控单元上选择备件模式进行插件配置参数设置，此时仅插件1 部分的设置有效，插件2 相关选项灰度显示。确认设置的参数后，显控单元发指令给管理单元，由于全新备件内置CAN ID 为固定值，管理单元将全新参数通过特定CAN ID 发送插件即可完成备件执行策略重构。
插件互换最主要的是互换两个设备的CAN ID 信息，既可以将两个插件的参数不进行任何改动而直接相互替换，还可以在互换时修改部分参数进行调整。在需要对插件进行互换的场景，通过在显控单元界面操作进入互换模式，可以在输入两个插件的CAN ID 后点击参数查询可以获取相应编号插件的配置参数后根据需要进行调整，还可以不经过查询，直接在界面配置互换后的两个插件的参数信息，插件接口参数设置界面如图6 所示。一切准备完成后，配电系统按步骤进行执行操作：①显控单元发送指令给管理单元；②管理单元发送指令对插件1 的参数进行重置；③管理单元按照显控界面插件1 的参数内容对插件2 进行配置；④管理单元对第二步重置的插件按照显控界面插件2 的参数内容进行配置。互换过程可以发生在插件硬件结构互换前，也可以发生在插件硬件结构互换后。
4 总结与展望
本文提出一种雷达整车配电系统在线策略重构设计方法，包括配电系统通用化插件设计和在线策略重构设计方法，旨在解决配电系统维护、软件更改受控的问题，在特殊应用场景下能够提升系统可靠性、便捷性和可维护性，并在应急状态下支撑雷达车主体功能任务的实施。
本文的在线策略重构仅实现了设备自启动策略重构和插件执行策略重构，且插件执行策略重构仅同时对最多两个插件进行互换。后续还将进一步完善在线策略重构的策略类别及同时重构插件的数量。
