CN109557901A - 一种用于风洞旋转流场下模型振荡试验的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于风洞旋转流场下模型振荡试验的控制系统，包括远程计算机、系统总控计算机和采集系统，并且还包括制动能量吸收模块、启振点感应模块、驱动功率输出模块、CANopen总线模块、驱动控制单元、编码信号输入模块、辅助单元、触发信号调理模块、触发信号输出模块及实时位置输出模块，启振点感应模块利用光耦感应旋转轴的零位信号，并将该信号传送给驱动控制单元，从而激活振荡轴电机启动振荡轴振荡，确保旋转轴电机在不同旋转频率时振荡轴能够在旋转轴零相位处启振；驱动控制单元发出采集触发信号，辅助单元根据设定参数触发采集系统对天平信号进行采集。本发明实现了旋转流场的建立与正弦振荡运动，系统可靠性、稳定性较高。

Description

一种用于风洞旋转流场下模型振荡试验的控制系统

技术领域

本发明涉及一种用于风洞旋转流场下模型振荡试验的控制系统。

背景技术

当飞机超过失速迎角后，易进入复杂、危险的尾旋飞行状态，严重危害飞机飞行安全。目前研究飞机尾旋的设备主要通过带模型试验模拟飞机在尾旋状态飞行的情况，并对获取相关试验数据进行分析研究，得到飞机安全性设计必要的信息。控制驱动系统一般采用传统的变频器电机系统，通过改变旋转频率及定位角度的方式实现飞机尾旋飞行姿态的模拟，通过采集系统获取气动力数据。正弦振荡运动是研究飞机尾旋的重要内容，利用电机驱动振荡轴产生一定频率的正弦振荡运动。振荡轴正弦运动实现主要由驱动控制单元、驱动功率输出模块、编码信号输入模块利用PID算法实现，驱动控制单元对各电机负载参数、控制模式及PID参数进行配置，其中旋转轴采用速度模式，振荡轴采用虚拟凸轮功能模式，将插值拟合的正弦曲线输入驱动控制单元以规定振荡轴按标准正弦曲线运动。旋转轴产生旋转流场，振荡轴产生正弦振荡运动，旋转流场与正弦振荡运动的产生较为容易，难点在于两种运动状态间相位的同步性关系启动状态、模型正弦振荡正向过零运动触发采集点判定获取以及气动力数据采集与控制系统输出位置信号的同步性等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于风洞旋转流场下模型振荡试验的控制系统，解决了动态试验中振荡轴启动正弦运动时与旋转轴间的相位关系、模型正弦振荡正向过零运动触发采集点判定获取以及气动力数据采集与控制系统输出位置信号的同步性的问题。

本发明的技术方案是：一种用于风洞旋转流场下模型振荡试验的控制系统，包括远程计算机、系统总控计算机和采集系统，并且还包括制动能量吸收模块、启振点感应模块、驱动功率输出模块、CANopen总线模块、驱动控制单元、编码信号输入模块、辅助单元、触发信号调理模块、触发信号输出模块及实时位置输出模块，总控计算机通过CANopne总线模块与驱动控制单元通讯；制动能量吸收模块、驱动功率输出模块、驱动控制单元、编码信号输入模块与旋转轴电机和振荡轴电机构成闭环控制，驱动控制单元对各轴电机负载参数、控制模式及PID参数进行配置，通过驱动功率输出模块驱动各轴电机运动，编码信号输入模块反馈各轴电机的位置、速度、温度、扭矩的状态信号从而形成闭环控制环节，制动能量吸收模块在系统停止运动时吸收旋转轴和振荡轴制动能量；启振点感应模块利用光耦感应旋转轴的零位信号，并将该信号传送给驱动控制单元，从而激活振荡轴电机启动振荡轴振荡，确保旋转轴电机在不同旋转频率时振荡轴能够在旋转轴零相位处启振；驱动控制单元通过编码信号输入模块实时获取振荡轴的位置信号，发出采集触发信号，通过触发信号调理模块调压转换作为辅助单元外触发信号，辅助单元根据设定参数，触发采集系统对天平信号进行采集，同时采集系统采集由实时位置输出模块输出的模型正弦振荡运动的实时位置信号，为后续试验分析提供数据支持。

本发明实现了旋转流场的建立与正弦振荡运动，解决了动态试验中振荡轴启动正弦运动时与旋转轴间的相位关系、模型正弦振荡正向过零运动触发采集点判定获取以及气动力数据采集与控制系统输出位置信号的同步性，系统可靠性、稳定性较高，为利用风洞研究飞机尾旋特性提供与有价值的试验数据。利用本发明可以更好的模拟飞机尾旋飞行状态，为飞机尾旋改出研究提供有利试验手段，为飞机设计提供可靠数据支持。利用相位捕捉功能获取正向过零振荡相位点作为采集触发信号发生点，比以往的触发方式更利于提高试验数据分析对比的有效性。

附图说明

图1为本发明的控制系统原理图。

具体实施方式

下面根据说明书附图举例对本发明做进一步说明：

实施例1

根据图1所示，一种用于风洞旋转流场下模型振荡试验的控制系统，包括远程计算机、系统总控计算机4和采集系统，并且还包括制动能量吸收模块1、启振点感应模块2、驱动功率输出模块3、CANopen总线模块5、驱动控制单元6、编码信号输入模块7、辅助单元8、触发信号调理模块9、触发信号输出模块10及实时位置输出模块11，总控计算机通过CANopne总线模块5与驱动控制单元6通讯，制动能量吸收模块1、驱动功率输出模块3、驱动控制单元6、编码信号输入模块7与旋转轴电机和振荡轴电机构成闭环控制，驱动控制单元6对各轴电机负载参数、控制模式及PID参数进行配置，通过驱动功率输出模块3驱动各轴电机运动，编码信号输入模块7反馈各轴电机的位置、速度、温度、扭矩的状态信号从而形成闭环控制环节，制动能量吸收模块1在系统停止运动时吸收旋转轴和振荡轴制动能量；启振点感应模块2利用光耦感应旋转轴的零位信号，并将该信号传送给驱动控制单元6，从而激活振荡轴电机启动振荡轴振荡，确保旋转轴电机在不同旋转频率时振荡轴能够在旋转轴零相位处启振；驱动控制单元6通过编码信号输入模块7实时获取振荡轴的位置信号，发出采集触发信号，通过触发信号调理模块9调压转换作为辅助单元8外触发信号，辅助单元8根据设定参数，触发采集系统对天平信号进行采集，同时采集系统采集由实时位置输出模块输出的模型正弦振荡运动的实时位置信号。

系统总控计算机4内运行系统总控制程序，通过以太网与远程计算机、辅助单元8及采集系统进行通讯，分别实现系统运动命令接收与执行状态反馈、辅助单元8运行参数传输及采集触发脉冲计数状态、采集系统采集进度反馈功能，同时在系统总控计算机4内配置有CAN通讯卡经CANopen总线模块实现与驱动控制单元6各个节点间的通讯，将运动指令传达给旋转轴及振荡轴的执行机构完成计划动作，获取试验数据。

控制系统中主要部分采用集成模块，确保稳定性可靠性的同时兼顾灵活性，能力吸收模块1、驱动功率输出模块3、CANopen总线模块5、编码信号输入模块7、触发信号输出模块10、实时位置输出模块11与驱动控制单元6相兼容，驱动控制单元6集成有CPU、存储器、各种卡槽及辅助电路，在其内部有驱动控制程序实现对负载端的运动控制与反馈以及与系统总控计算机4的数据交互。辅助单元8主要由现场可编程门阵列为核心开发，其时钟基准高达百兆赫兹，单周期内等时间离散化触发点对采集系统进行外触发具有很高速率，且采用中断方式发出触发脉冲，可以满足动态试验气动力数据采集与控制系统输出位置信号的同步性要求。启振点感应模块2采用光耦搭建感应装置，当旋转轴遮光挡片旋转轴零点位置安装扫过感应装置时触发启动信号，在驱动控制单元6内利用锁相程序记录启振信号并触发振荡轴启动振荡，设定锁相时间确保触实现振荡轴启振，这样可以解保证动态试验中振荡轴启动正弦运动时与不同频率下旋转轴间零点相位关系一致。在驱动控制单元6中调用零位捕捉及正向运动程序实现模型正弦振荡正向过零运动点判定，同时发送外触发信号给辅助单元8。触发信号调理模块9利用调压器将24V直流信号转换成5V信号作为辅助单元8外触发信号。本实施例的工作原理:

远程计算机、采集系统、辅助单元8及系统总控计算机4通过以太网建立连接，同时模型气动力数据信号、模型运动相位信号等信号接入采集系统各通道。系统总控计算机4获取远程计算机发出的试验运行计划并通过CANopen总线模块5将运行参数传送给驱动控制单元6及辅助单元8，旋转轴按计划频率开始旋转产生旋转流场，当到达计划频率稳定3秒并激活启振点感应模块2时，系统会驱动振荡轴启动正弦振荡零相位处，当振荡轴达到计划频率稳定3秒并通过驱动控制单元6内程序判断模型振荡位置为过零点正向时，触发信号输出模块10输出信号经触发信号调理模块9产生5V外触发信号触发辅助单元8，辅助单元8由系统总控计算机4获取的振荡轴频率及试验前设定的采集周期数、周期点数发出触发脉冲，触发采集系统对试验数据进行采集，采集系统采集完成后发采集完成信号至系统总控计算机4并将数据文件存储。系统总控计算机4接收到采集完成信号后按发停止指令使振荡轴停止振荡并回至零位，同时按计划执行下一旋转频率重复上述过程直至整个试验计划完成，旋转轴停止运行，试验结束。

Claims (1)

1.一种用于风洞旋转流场下模型振荡试验的控制系统，包括远程计算机、系统总控计算机和采集系统，其特征在于：还包括制动能量吸收模块、启振点感应模块、驱动功率输出模块、CANopen总线模块、驱动控制单元、编码信号输入模块、辅助单元、触发信号调理模块、触发信号输出模块及实时位置输出模块，总控计算机通过CANopne总线模块与驱动控制单元通讯；制动能量吸收模块、驱动功率输出模块、驱动控制单元、编码信号输入模块与旋转轴电机和振荡轴电机构成闭环控制，驱动控制单元对各轴电机负载参数、控制模式及PID参数进行配置，通过驱动功率输出模块驱动各轴电机运动，编码信号输入模块反馈各轴电机的位置、速度、温度、扭矩的状态信号从而形成闭环控制环节，制动能量吸收模块在控制系统停止运动时吸收旋转轴和振荡轴制动能量；启振点感应模块利用光耦感应旋转轴的零位信号，并将该信号传送给驱动控制单元，从而激活振荡轴电机启动振荡轴振荡，确保旋转轴电机在不同旋转频率时振荡轴能够在旋转轴零相位处启振；驱动控制单元通过编码信号输入模块实时获取振荡轴的位置信号，发出采集触发信号，通过触发信号调理模块调压转换作为辅助单元外触发信号，辅助单元根据设定参数，触发采集系统对天平信号进行采集，同时采集系统采集由实时位置输出模块输出的模型正弦振荡运动的实时位置信号。