● 摘要
全机结构试验系统为研究高复合材料比例的大型飞行器组合复杂结构的失效机理、损伤演变规律、和获取海量试验数据提供试验测试平台。它既要求多通道协同控制、又要求单通道具有实时性能、还需要大规模的高速数据采集。现在大型的采集系统主要以集中式控制为主。全机试验时需要实时控制上百个通道，全机贴有上万个应变片，需要对上万个通道进行同步测量与数据采集，电缆总长度近千公里，体积重量惊人，成本高昂，现有大规模模拟量传输、集中式控制与采集难以胜任，急需研究新型智能分布式技术。
本文针对大规模全机结构试验，研究开发出了分布式模块化控制器，提出了基于EtherCAT实时工业以太网和PXI架构的分布式模块化控制器体系。分布式模块化控制器采用PXI的机械规范设计，采用EuroCard机械封装，同时创新采用双层PCB接插设计，在3U板卡上实现数据互联。分布式模块化控制器作为EtherCAT的从站，采用从站控制芯片ET1100设计，主控采用TMS320C6727b高速浮点数字信号处理器，通过Cyclone IV FPGA对DSP运算数据、采集数据和EtherCAT通信数据进行管理。分布式模块化控制器采用LVDS信号，经过高速接插件，与采集板AD模块、DA模块和计数器前端互联，同时加入IO接口。分布式模块化控制器兼容PXI和CPCI接口，采用9054管理CPCI总线，应用Cyclone III FPGA管理9054和PXI接口数据，通过高速接插件与DSP互联。为了实现可编程功能，应用DSP总线，挂载FLASH和EEPROM，作为程序和用户数据储存区，为后续软件研究开发打下基础。经过基础实验，验证了分布式模块化控制器架构的设计，同时验证了各模块的主要参数，满足分布式加载的需求。
本文中，首先对分布式加载的基本体系进行了分析，确定了采用EtherCAT，同时提出需求。然后研究了分布式模块化控制器架构，确定了机械和电路的主体结构。之后对实际硬件电路进行了创新设计。接着提出了软件实施的四个阶段目标，以及研究方向。最后通过基础实验，对分布式模块化控制器进行了需求评估。