一種針對(duì)跨超聲速風(fēng)洞撓性噴管型面控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及跨超聲速風(fēng)洞控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種針對(duì)跨超聲速風(fēng)洞撓性噴管型面控制的多電機(jī)同步控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]噴管是風(fēng)洞氣流的加速部件，其型面對(duì)試驗(yàn)段氣流的速度場(chǎng)、方向場(chǎng)的均勻性有決定性的影響，是風(fēng)洞獲得可靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)的基本保障，不同的速域采用不同的型面，亞、跨聲速風(fēng)洞的噴管為收斂性的聲速噴管，超聲速風(fēng)洞的噴管為收斂-擴(kuò)張性的拉瓦爾噴管，外形曲線采用超聲速特征線方法或三次曲線法來(lái)設(shè)計(jì)。噴管撓性板通過(guò)布置在背氣流面上的鉸鏈支撐點(diǎn)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連，控制系統(tǒng)通過(guò)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的行程來(lái)控制撓性板的彎曲形狀使之與噴管理論氣動(dòng)型面相吻合以得到不同試驗(yàn)馬赫數(shù)的噴管型面。
[0003]傳統(tǒng)跨超聲速風(fēng)洞噴管型面控制系統(tǒng)所采用的伺服液壓控制方式，其機(jī)械定位與液壓成型并鎖緊策略，存在同步性差、日常維護(hù)量大及環(huán)境因素限制等問(wèn)題。隨著運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的創(chuàng)新，以及電氣設(shè)備性能的提高、功能的增強(qiáng)，多電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)噴管執(zhí)行機(jī)構(gòu)的同步控制方式得以應(yīng)用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)大跨度分布的多個(gè)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)在獨(dú)立控制與同步運(yùn)行中存在的問(wèn)題，提供一種跨超聲速風(fēng)洞撓性噴管型面控制系統(tǒng)解決方案。以保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)將撓性板折成與不同馬赫數(shù)所對(duì)應(yīng)噴管理論氣動(dòng)型面相吻合的彈性曲面并有較高的重復(fù)精度，且在成型過(guò)程中將撓性板彎折應(yīng)力控制在安全范圍內(nèi)。
[0005]一種針對(duì)跨超聲速風(fēng)洞撓性噴管型面控制系統(tǒng)，包括一個(gè)控制計(jì)算機(jī)、兩套相對(duì)獨(dú)立且相似的上、下?lián)闲試姽苄兔婵刂谱酉到y(tǒng)；上、下?lián)闲試姽苄兔婵刂谱酉到y(tǒng)互為鏡像，分別通過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與控制計(jì)算機(jī)連接；所述上、下?lián)闲試姽苄兔婵刂谱酉到y(tǒng)分別包括至少一個(gè)主運(yùn)動(dòng)控制器，主運(yùn)動(dòng)控制器的控制輸出線與驅(qū)動(dòng)器連接，驅(qū)動(dòng)器輸出連接到電機(jī)，電機(jī)輸出到電動(dòng)缸；所述電動(dòng)缸上設(shè)置有傳感器，電機(jī)上設(shè)置編碼器，編碼器與傳感器采集的數(shù)據(jù)通過(guò)集線器連接到主運(yùn)動(dòng)控制器；所述上、下?lián)闲試姽苄兔婵刂谱酉到y(tǒng)中的噴管型面喉道處設(shè)置有應(yīng)變信號(hào)采集模塊，應(yīng)變信號(hào)采集模塊通過(guò)1模塊連接到主運(yùn)動(dòng)控制器。
[0006]在上述技術(shù)方案中，所述上、下?lián)闲試姽苄兔婵刂谱酉到y(tǒng)分別包括有一個(gè)主運(yùn)動(dòng)控制器，三個(gè)擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)控制器，每一個(gè)擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)控制器的電氣連接結(jié)構(gòu)與主運(yùn)動(dòng)控制器相同。
[0007]在上述技術(shù)方案中，所述主運(yùn)動(dòng)控制器控制的一臺(tái)電機(jī)連接兩臺(tái)電動(dòng)缸，所述擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)控制器控制的一臺(tái)電機(jī)連接一臺(tái)電動(dòng)缸。本方案中共有14組電動(dòng)缸和3組螺旋升降機(jī)均通過(guò)擺動(dòng)式鉸鏈或單點(diǎn)鉸鏈與噴管撓性板連接，其中，I?5組電動(dòng)缸分別由一臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)并列的電動(dòng)缸，6?14組電動(dòng)缸分別由一臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)缸；三組螺旋升降機(jī)分別由一臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)推桿。
[0008]在上述技術(shù)方案中，所述電動(dòng)缸上均設(shè)置有外置直線位移傳感器。所述擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)控制器控制的電動(dòng)缸上均外置設(shè)置有旋轉(zhuǎn)編碼器。本方案中的14組電動(dòng)缸均外置直線位移傳感器，同時(shí)第6?14組電動(dòng)缸還分別外置一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器(共9個(gè))，對(duì)所有電動(dòng)缸的位移進(jìn)行測(cè)量，位移量通過(guò)編碼器反饋接口傳輸給主運(yùn)動(dòng)控制器來(lái)計(jì)算位移偏差
[0009]在上述技術(shù)方案中，所述應(yīng)變信號(hào)采集模塊設(shè)置在撓性板彎曲應(yīng)力集中的噴管型面喉道附近；采集的應(yīng)變信號(hào)經(jīng)調(diào)理單元處理后，通過(guò)PROFIBUS DP擴(kuò)展的信號(hào)采集模塊發(fā)送至主運(yùn)動(dòng)控制器，進(jìn)行安全連鎖處理，以防止執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不同步運(yùn)行而造成撓性板的損壞。
[0010]在上述技術(shù)方案中，所述電機(jī)上內(nèi)置絕對(duì)編碼器，用于對(duì)其速度、加速度、位移信息反饋至驅(qū)動(dòng)器。
[0011]本方案中的控制計(jì)算機(jī)，通過(guò)以太網(wǎng)與子系統(tǒng)建立聯(lián)接并通訊，可執(zhí)行“遠(yuǎn)程”操作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所轄設(shè)備的單軸運(yùn)動(dòng)控制、應(yīng)變信號(hào)處理、驅(qū)動(dòng)使能控制、聯(lián)動(dòng)控制、回零控制、位置監(jiān)測(cè)、故障信息檢測(cè)、安全聯(lián)鎖控制、以及監(jiān)控/診斷控制等功能。
[0012]本方案的子系統(tǒng)的人機(jī)界面安裝于風(fēng)洞撓性噴管現(xiàn)場(chǎng)控制柜中，可執(zhí)行“本地”操作，實(shí)現(xiàn)該子系統(tǒng)所轄設(shè)備的單軸運(yùn)動(dòng)控制、應(yīng)變信號(hào)處理、驅(qū)動(dòng)使能控制、聯(lián)動(dòng)控制、回零控制、位置監(jiān)測(cè)、故障信息檢測(cè)、安全聯(lián)鎖控制、以及監(jiān)控/診斷控制等功能。
[0013]本方案中的主運(yùn)動(dòng)控制器(內(nèi)置一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制單元)，利用內(nèi)部邏輯電路對(duì)接收到的操作指令進(jìn)行處理后產(chǎn)生相應(yīng)控制脈沖，通過(guò)PROFINET (PN)總線發(fā)送給四臺(tái)驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)控制單元。各運(yùn)動(dòng)控制單元將接收到的脈沖送入脈沖列形態(tài)，經(jīng)內(nèi)部控制環(huán)路后產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩電流，通過(guò) DRIVE-CLiQ (DRIVE Component Link with Intelligence Quotient 的縮寫)接口傳輸給執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)模塊，由此來(lái)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0015]1、本實(shí)用新型采用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)噴管執(zhí)行機(jī)構(gòu)方式，可對(duì)任一組電動(dòng)缸進(jìn)行單獨(dú)操作，相對(duì)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)僅能通過(guò)單一油路對(duì)多液壓缸進(jìn)行整體控制具有顯著優(yōu)勢(shì)；
[0016]2、本實(shí)用新型利用伺服電機(jī)自身特性，通過(guò)先進(jìn)控制算法，解決了傳統(tǒng)液壓+電機(jī)組合方式所帶來(lái)的同步性差、操作復(fù)雜及試驗(yàn)效率低等問(wèn)題；
[0017]3、本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)電動(dòng)缸外置編碼器與直線位移傳感器反饋值進(jìn)行實(shí)時(shí)比較和應(yīng)變監(jiān)測(cè)與報(bào)警等多種手段，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)精確定位的同時(shí)，也保證了系統(tǒng)可靠性與安全性。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如圖1所示，撓性噴管型面控制系統(tǒng)包含一工程師站，工程師站也就是控制計(jì)算機(jī)，通過(guò)TCP-1P協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)聯(lián)接，同時(shí)通過(guò)TCP-1P協(xié)議分別與上撓性噴管型面控制子系統(tǒng)人機(jī)界面和主運(yùn)動(dòng)控制器進(jìn)行通訊。下?lián)闲試姽苄兔婵刂谱酉到y(tǒng)與之互為鏡像，此處僅以虛線框內(nèi)的上撓性噴管型面控制子系統(tǒng)為例進(jìn)行說(shuō)明。
[0020]子系統(tǒng)內(nèi)主運(yùn)動(dòng)控制器利用內(nèi)部邏輯電路對(duì)接收到的操作指令進(jìn)行處理后產(chǎn)生相應(yīng)控制脈沖，其內(nèi)置的控制單元將接收到的脈沖送入脈沖列形態(tài)，經(jīng)內(nèi)部控制環(huán)路后產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩電流，通過(guò) DRIVE-CLiQ (DRIVE Component Link with Intelligence Quotient的縮寫)接口傳輸給驅(qū)動(dòng)器，以此控制電機(jī)，并驅(qū)動(dòng)與之連接的電動(dòng)缸(每個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)2臺(tái)電動(dòng)缸)，驅(qū)動(dòng)器通過(guò)電源給相應(yīng)電機(jī)供電的同時(shí)，電機(jī)內(nèi)置編碼器的相關(guān)信息亦通過(guò)DRIVE-CLiQ接口反饋至驅(qū)動(dòng)器。為了能夠?qū)Ω鲌?zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行精確的同步控制，使用外置直線位移傳感器對(duì)電動(dòng)缸進(jìn)行位移量的測(cè)量，位移量經(jīng)SSI(Synchronous Serial Interface的縮寫)接口由編碼器模塊采集，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)集線器處理后，再經(jīng)DRIVE-CLiQ接口傳輸給主運(yùn)動(dòng)控制器來(lái)計(jì)算位移偏差。
[0021]由于主運(yùn)動(dòng)控制器的內(nèi)置控制單元僅能控制個(gè)伺服軸，因此通過(guò)PROFINET (PN)總線進(jìn)行相應(yīng)擴(kuò)展以滿足系統(tǒng)要求。擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)控制單元的工作原理與主運(yùn)動(dòng)控制器的內(nèi)置控制單元相似，不同之處僅在于電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)I臺(tái)電動(dòng)缸或電動(dòng)推桿，以及使用外置直線位移傳感器和旋轉(zhuǎn)編碼器5分別對(duì)電動(dòng)缸進(jìn)行位移量的測(cè)量，其余不做贅述。
[0022]此外，為防止執(zhí)行機(jī)構(gòu)的不同步運(yùn)行造成撓性板的損壞，在其彎曲應(yīng)力較為集中的噴管型面喉道附近設(shè)置應(yīng)變片，采集的應(yīng)變信號(hào)經(jīng)調(diào)理單元處理后，通過(guò)PROFIBUS DP總線擴(kuò)展的1模塊發(fā)送至主運(yùn)動(dòng)控制器，進(jìn)行安全連鎖處理。
[0023]本說(shuō)明書中公開(kāi)的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式組合。
[0024]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種針對(duì)跨超聲速風(fēng)洞撓性噴管型面控制系統(tǒng)，其特征在于包括一個(gè)控制計(jì)算機(jī)、兩套相對(duì)獨(dú)立且相似的上、下?lián)闲試姽苄兔婵刂谱酉到y(tǒng)；上、下?lián)闲試姽苄兔婵刂谱酉到y(tǒng)互為鏡像，分別通過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與控制計(jì)算機(jī)連接；所述上、下?lián)闲試姽苄兔婵刂谱酉到y(tǒng)分別包括至少一個(gè)主運(yùn)動(dòng)控制器，主運(yùn)動(dòng)控制器的控制輸出線與驅(qū)動(dòng)器連接，驅(qū)動(dòng)器輸出連接到電機(jī)，電機(jī)輸出到電動(dòng)缸；所述電動(dòng)缸上設(shè)置有傳感器，電機(jī)上設(shè)置編碼器，編碼器與傳感器采集的數(shù)據(jù)通過(guò)集線器連接到主運(yùn)動(dòng)控制器；所述上、下?lián)闲試姽苄兔婵刂谱酉到y(tǒng)中的噴管型面喉道處設(shè)置有應(yīng)變信號(hào)采集模塊，應(yīng)變信號(hào)采集模塊通過(guò)1模塊連接到主運(yùn)動(dòng)控制器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)跨超聲速風(fēng)洞撓性噴管型面控制系統(tǒng)，其特征在于所述上、下?lián)闲試姽苄兔婵刂谱酉到y(tǒng)分別包括有一個(gè)主運(yùn)動(dòng)控制器，三個(gè)擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)控制器，每一個(gè)擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)控制器的電氣連接結(jié)構(gòu)與主運(yùn)動(dòng)控制器相同。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種針對(duì)跨超聲速風(fēng)洞撓性噴管型面控制系統(tǒng)，其特征在于所述主運(yùn)動(dòng)控制器控制的一臺(tái)電機(jī)連接兩臺(tái)電動(dòng)缸，所述擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)控制器控制的一臺(tái)電機(jī)連接一臺(tái)電動(dòng)缸。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種針對(duì)跨超聲速風(fēng)洞撓性噴管型面控制系統(tǒng)，其特征在于所述電動(dòng)缸上均設(shè)置有外置直線位移傳感器。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種針對(duì)跨超聲速風(fēng)洞撓性噴管型面控制系統(tǒng)，其特征在于所述擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)控制器控制的電動(dòng)缸上均外置設(shè)置有旋轉(zhuǎn)編碼器。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)跨超聲速風(fēng)洞撓性噴管型面控制系統(tǒng)，其特征在于所述應(yīng)變信號(hào)采集模塊設(shè)置在撓性板彎曲應(yīng)力集中的噴管型面喉道附近。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)跨超聲速風(fēng)洞撓性噴管型面控制系統(tǒng)，其特征在于所述電機(jī)上內(nèi)置絕對(duì)編碼器，用于對(duì)其速度、加速度、位移信息反饋至驅(qū)動(dòng)器。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種針對(duì)跨超聲速風(fēng)洞撓性噴管型面控制系統(tǒng)，包括一個(gè)控制計(jì)算機(jī)、兩套相對(duì)獨(dú)立且相似的上、下?lián)闲試姽苄兔婵刂谱酉到y(tǒng)；上、下?lián)闲試姽苄兔婵刂谱酉到y(tǒng)互為鏡像，分別通過(guò)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與控制計(jì)算機(jī)連接。本實(shí)用新型采用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)噴管執(zhí)行機(jī)構(gòu)方式，可對(duì)任一組電動(dòng)缸進(jìn)行單獨(dú)操作，相對(duì)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)僅能通過(guò)單一油路對(duì)多液壓缸進(jìn)行整體控制具有顯著優(yōu)勢(shì)；通過(guò)對(duì)電動(dòng)缸外置編碼器與直線位移傳感器反饋值進(jìn)行實(shí)時(shí)比較和應(yīng)變監(jiān)測(cè)與報(bào)警等多種手段，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)精確定位的同時(shí)，也保證了系統(tǒng)可靠性與安全性。
【IPC分類】G05B19/418
【公開(kāi)號(hào)】CN204667163
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520384641
【發(fā)明人】黃敘輝, 芮偉, 高川, 王博文, 凌忠偉, 敬華, 秦建華, 喻波, 陳海峰, 李平, 唐亮, 蔣婧妍
【申請(qǐng)人】中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心高速空氣動(dòng)力研究所
【公開(kāi)日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年6月8日