CN112082727A - 一种应用于模型自动变迎角的平移振荡试验的控制装置 - Google Patents

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王建锋
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Abstract

一种应用于模型自动变迎角的平移振荡试验的控制装置，解决平移振荡试验效率低下、迎角定位精度差的缺点，大幅提升低速风洞平移振荡试验的效率及动导数试验数据的精准度。装置包括上位机控制单元、网络通讯单元、触屏控制单元、PLC信号模块单元、32KW伺服驱动控制单元、主电机驱动单元、正弦发生器单元、直线位移反馈单元、两套1KW伺服驱动控制单元、升沉变角电缸单元和侧移变角电机单元，主电机驱动单元与正弦发生器单元组成平移振荡驱动机构；升沉变角电缸单元负责升沉振荡模态中模型迎角的自动改变，侧移变角电机单元负责侧移振荡模态中模型迎角的自动改变。触屏控制单元对主电机驱动单元、升沉变角电缸单元和侧移变角电机单元的闭环运动控制。

Description

一种应用于模型自动变迎角的平移振荡试验的控制装置
技术领域
本发明涉及一种应用于模型自动变迎角的平移振荡试验的控制装置。
背景技术
飞行器动稳定性导数(简称动导数)是进行飞行器的动态品质分析、操稳特性分析以及飞控系统设计的必要输入，直接关系到飞行器的飞行安全。同时，动导数也是开展飞行器大迎角飞行、过失速飞行状态下非定常气动力分析的重要原始气动力数据。获取飞行器动导数的风洞试验包含角振荡试验和平移振荡试验两部分。
目前，低速风洞用于开展平移振荡试验的试验系统主要采用手动方式来改变试验模型的迎角。每次吹风前，试验人员需要通过手动调整变角机构来改变试验模型的迎角，然后进行平移振荡试验。基于上述这种试验模式，由于单次试验只能进行一个迎角的平移振荡试验，且由于风洞起风、停风时间较长，设备起振、停止的时间也较长，因此单次试验的有效时间占非常小，试验效率很低。此外，由于机械加工的精度问题，变角机构的角度定位精度较差，因此很难获得高精度的动导数试验数据。
发明内容
基于以上不足之处，本发明的目的是提供了一种适用于低速风洞的模型自动变迎角的平移振荡试验的控制装置，实现一次吹风过程便能够进行一个迎角序列(多个迎角的组合)的平移振荡试验的试验能力，解决以往平移振荡试验效率低下、迎角定位精度差的缺点，从而大幅提升低速风洞平移振荡试验的效率以及动导数试验数据的精准度。
为了实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：一种应用于模型自动变迎角的平移振荡试验的控制装置，包括上位机控制单元、网络通讯单元、触屏控制单元、PLC信号模块单元、32KW伺服驱动控制单元、主电机驱动单元、正弦发生器单元、直线位移反馈单元、两套1KW伺服驱动控制单元、升沉变角电缸单元和侧移变角电机单元；所述的上位机控制单元与触屏控制单元通过网络通讯单元进行指令、数据的交互；触屏控制单元、PLC信号模块单元、32KW伺服驱动控制单元以及两套1KW伺服驱动控制单元之间通过POWERLINK总线进行通讯；32KW伺服驱动控制单元给主电机驱动单元提供动力电并接收反馈的电机参数信息；两套1KW伺服驱动控制单元分别给升沉变角电缸单元和侧移变角电机单元提供动力电并接收反馈的电缸、电机参数信息；正弦发生器单元与主电机驱动单元连接；正弦发生器单元与直线位移反馈单元连接；直线位移反馈单元与PLC信号模块单元电信号连接；
所述的主电机驱动单元与正弦发生器单元共同组成平移振荡驱动机构，主电机驱动单元的匀速旋转通过正弦发生器单元转换为直线正弦振荡，实现试验模型的平移振荡试验功能；平移振荡试验的频率由主电机驱动单元的转速决定，振幅通过正弦发生器单元进行调节；平移振荡试验包含升沉振荡试验模态和侧移振荡试验模态，升沉变角电缸单元负责升沉振荡模态中模型迎角的自动改变，侧移变角电机单元负责侧移振荡模态中模型迎角的自动改变；上位机控制单元下发主电机驱动单元旋转运动的控制指令、升沉变角电缸单元和侧移变角电机单元步进运动的控制指令，同时接收主电机驱动单元、升沉变角电缸单元和侧移变角电机单元回传的反馈信息以及直线位移反馈单元反馈的试验模型的实时位置；触屏控制单元在实时操作环境中实现对主电机驱动单元、升沉变角电缸单元和侧移变角电机单元的闭环运动控制；试验模型进行强迫正弦振荡的实时位置通过直线位移反馈单元反馈给触屏控制单元，该路信号不参与闭环运动控制，但是通过该路信号进行到位触发判断，并且该路位置信号实时输出给试验的数据采集系统，并与平移振荡试验数据进行同步采集。
本发明还具有如下技术特征：
1、所述的上位机控制单元与触屏控制单元通过网络通讯单元建立通讯链路，网络通讯单元采用TCP/IP通讯协议。
2、所述的触屏控制单元与PLC信号模块单元、32KW伺服驱动控制单元以及两套1KW伺服驱动控制单元之间通过高速工业以太网POWERLINK总线协议建立通讯链路。
3、采用如上所述的控制装置得出的升沉振荡试验方法，步骤如下：
1)上位机控制单元通过网络通讯单元向触屏控制单元下发平移振荡的试验指标，触屏控制单元通过试验指标解算得到主电机驱动单元的设定转速，并控制其按照设定转速进行匀速旋转运动，并经正弦发生器单元作用后，试验模型进行指定频率的直线振荡运动；
2)上位机控制单元检测主电机驱动单元达到额定转速后，下发迎角指令，触屏控制单元与第一1KW伺服驱动控制单元共同控制升沉变角电缸单元进行步进运动，从而进行试验模型迎角的自动改变；
3)当模型迎角达到指定的迎角后，触屏控制单元通过直线位移反馈单元实时检测试验模型的位置，当试验模型沿着正方向第一次经过中心点后，触屏控制单元通过POWERLINK通讯总线协议和PLC信号模块单元向定时触发系统发出到位触发信号；
4)定时触发系统根据试验频率将每个周期进行240次时间等分，然后利用其高速脉冲输出功能，在接到到位触发信号后，单周期240次、连续22个周期输出中断触发信号，触发数据采集系统进行平移振荡试验数据以及试验模型实时位置的采集；
5)上位机控制单元实时检测定时触发系统输出的触发脉冲数，当检测到全部触发脉冲完成输出后，上位机控制单元通过网络通讯单元向触屏控制单元下发新的迎角指令，并重复执行步骤2)～步骤5)的操作；
6)当整个迎角序列的迎角状态均执行完毕后，上位机控制单元下发停止指令，停止主电机驱动单元的旋转运动，试验结束。
4、采用如上所述的控制装置得出的侧移振荡试验方法，步骤如下：
1)上位机控制单元通过网络通讯单元向触屏控制单元下发平移振荡的试验指标，触屏控制单元通过试验指标解算得到主电机驱动单元的设定转速并控制其按照设定转速进行匀速旋转运动，并经正弦发生器单元作用后，试验模型进行指定频率的直线振荡运动，
2)上位机控制单元检测主电机驱动单元达到额定转速后，下发迎角指令，触屏控制单元与第二1KW伺服驱动控制单元共同控制侧移变角电机单元进行步进运动，从而进行试验模型迎角的自动改变；
3)当模型迎角达到指定的迎角后，触屏控制单元通过直线位移反馈单元实时检测试验模型的位置，当试验模型沿着正方向第一次经过中心点后，触屏控制单元通过POWERLINK通讯总线协议和PLC信号模块单元向定时触发系统发出到位触发信号；
4)定时触发系统根据试验频率将每个周期进行240次时间等分，然后利用其高速脉冲输出功能，在接到到位触发信号后，单周期240次、连续22个周期输出中断触发信号，触发数据采集系统进行平移振荡试验数据以及试验模型实时位置的采集；
5)上位机控制单元实时检测定时触发系统输出的触发脉冲数，当检测到全部触发脉冲完成输出后，上位机控制单元通过网络通讯单元向实时控制单元下发新的迎角指令，并重复执行步骤2)～步骤5)的操作；
6)当整个迎角序列的迎角状态均执行完毕后，上位机控制单元下发停止指令，停止主电机驱动单元的旋转运动，试验结束。
本发明的有益效果及优点：本发明可以实现一次吹风过程便完成一个迎角序列的平移振荡试验，可大幅提高试验效率，不仅大幅提升了平移振荡试验的效率，而且通过对变角单元的高精度位置伺服控制可以实现试验模型迎角的高精度控制，从而可以获取高精度的平移振荡试验数据。
附图说明
图1为一种应用于模型自动变迎角的平移振荡试验的控制装置原理图。
其中1-上位机控制单元，2-网络通讯单元，3-触屏控制单元，4-PLC信号模块单元，5-32KW伺服驱动控制单元，6-主电机驱动单元，7-正弦发生器单元，8-直线位移反馈单元，9-第一1KW伺服驱动控制单元，10-升沉变角电缸单元，11-侧移变角电机单元，12-第二1KW伺服驱动控制单元。
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的说明：
实施例1：
一种应用于模型自动变迎角的平移振荡试验的控制装置，包括上位机控制单元1、网络通讯单元2、触屏控制单元3、PLC信号模块单元4、32KW伺服驱动控制单元5、主电机驱动单元6、正弦发生器单元7、直线位移反馈单元8、两套1KW伺服驱动控制单元、升沉变角电缸单元10和侧移变角电机单元11；上位机控制单元1与触屏控制单元3通过网络通讯单元2进行指令、数据的交互；触屏控制单元3、PLC信号模块单元4、32KW伺服驱动控制单元5以及两套1KW伺服驱动控制单元9.12之间通过POWERLINK总线进行通讯；32KW伺服驱动控制单元5给主电机驱动单元6提供动力电并接收反馈的电机参数信息；两套1KW伺服驱动控制单元9.12分别给升沉变角电缸单元10和侧移变角电机单元11提供动力电并接收反馈的电缸、电机参数信息；正弦发生器单元7与主电机驱动单元6机械连接；正弦发生器单元7与直线位移反馈单元8机械连接；直线位移反馈单元8与PLC信号模块单元4电信号连接；主电机驱动单元6与正弦发生器单元7共同组成平移振荡驱动机构，主电机驱动单元6的匀速旋转通过正弦发生器单元7转换为直线正弦振荡，实现试验模型的平移振荡试验功能；平移振荡试验的频率由主电机驱动单元6的转速决定，振幅通过正弦发生器单元7进行调节；平移振荡试验包含升沉振荡试验模态和侧移振荡试验模态，升沉变角电缸单元10负责升沉振荡模态中模型迎角的自动改变，侧移变角电机单元11负责侧移振荡模态中模型迎角的自动改变；上位机控制单元1下发主电机驱动单元6旋转运动的控制指令、升沉变角电缸单元10和侧移变角电机单元11步进运动的控制指令，同时接收回传的主电机驱动单元6、升沉变角电缸单元10和侧移变角电机单元11的反馈信息以及直线位移反馈单元8反馈的试验模型的实时位置；触屏控制单元3在实时操作环境中实现对主电机驱动单元6、升沉变角电缸单元10和侧移变角电机单元11的闭环运动控制；试验模型进行强迫正弦振荡的实时位置通过直线位移反馈单元8反馈给触屏控制单元3，该路信号不参与闭环运动控制，但是通过该路信号进行到位触发判断，并且该路位置信号实时输出给试验的数据采集系统，并与平移振荡试验数据进行同步采集。
所述的上位机控制单元1与触屏控制单元3通过网络通讯单元2建立通讯链路，网络通讯单元2采用TCP/IP通讯协议。所述的触屏控制单元3与PLC信号模块单元4、32KW伺服驱动控制单元5以及两套1KW伺服驱动控制单元之间通过高速工业以太网POWERLINK总线协议建立通讯链路。
实施例2
采用实施例1的控制装置得出的升沉振荡试验方法，步骤如下：
1、上位机控制单元1通过网络通讯单元2向触屏控制单元3下发平移振荡的试验指标，触屏控制单元3通过试验指标解算得到主电机驱动单元6的设定转速，并控制其按照设定转速进行匀速旋转运动，并经正弦发生器单元7作用后，试验模型进行指定频率的直线振荡运动；
2、上位机控制单元1检测主电机驱动单元6达到额定转速后，下发迎角指令，触屏控制单元3与第一1KW伺服驱动控制单元9共同控制升沉变角电缸单元10进行步进运动，从而进行试验模型迎角的自动改变；
3、当模型迎角达到指定的迎角后，触屏控制单元3通过直线位移反馈单元8实时检测试验模型的位置，当试验模型沿着正方向第一次经过中心点后，触屏控制单元3通过POWERLINK通讯总线协议和PLC信号模块单元4向定时触发系统发出到位触发信号；
4、定时触发系统根据试验频率将每个周期进行240次时间等分，然后利用其高速脉冲输出功能，在接到到位触发信号后，单周期240次、连续22个周期输出中断触发信号，触发数据采集系统进行平移振荡试验数据以及试验模型实时位置的采集；
5、上位机控制单元1实时检测定时触发系统输出的触发脉冲数，当检测到全部触发脉冲完成输出后，上位机控制单元1通过网络通讯单元2向触屏控制单元3下发新的迎角指令，并重复执行步骤2～步骤5的操作；
6、当整个迎角序列的迎角状态均执行完毕后，上位机控制单元1下发停止指令，停止主电机驱动单元6的旋转运动，试验结束。
实施例3
采用实施例1的控制装置得出的侧移振荡试验方法，步骤如下：
1、上位机控制单元1通过网络通讯单元2向触屏控制单元3下发平移振荡的试验指标，触屏控制单元3通过试验指标解算得到主电机驱动单元6的设定转速并控制其按照设定转速进行匀速旋转运动，并经正弦发生器单元7作用后，试验模型进行指定频率的直线振荡运动，
2、上位机控制单元1检测主电机驱动单元6达到额定转速后，下发迎角指令，触屏控制单元3与第二1KW伺服驱动控制单元12共同控制侧移变角电机单元11进行步进运动，从而进行试验模型迎角的自动改变；
3、当模型迎角达到指定的迎角后，触屏控制单元3通过直线位移反馈单元8实时检测试验模型的位置，当试验模型沿着正方向第一次经过中心点后，触屏控制单元3通过POWERLINK通讯总线协议和PLC信号模块单元4向定时触发系统发出到位触发信号；
4、定时触发系统根据试验频率将每个周期进行240次时间等分，然后利用其高速脉冲输出功能，在接到到位触发信号后，单周期240次、连续22个周期输出中断触发信号，触发数据采集系统进行平移振荡试验数据以及试验模型实时位置的采集；
5、上位机控制单元1实时检测定时触发系统输出的触发脉冲数，当检测到全部触发脉冲完成输出后，上位机控制单元1通过网络通讯单元2向实时控制单元3下发新的迎角指令，并重复执行步骤2～步骤5的操作；
6、当整个迎角序列的迎角状态均执行完毕后，上位机控制单元1下发停止指令，停止主电机驱动单元6的旋转运动，试验结束。

Claims (5)

1.一种应用于模型自动变迎角的平移振荡试验的控制装置，包括上位机控制单元(1)、网络通讯单元(2)、触屏控制单元(3)、PLC信号模块单元(4)、32KW伺服驱动控制单元(5)、主电机驱动单元(6)、正弦发生器单元(7)、直线位移反馈单元(8)、两套1KW伺服驱动控制单元(9.12)、升沉变角电缸单元(10)和侧移变角电机单元(11)；其特征在于：
所述的上位机控制单元(1)与触屏控制单元(3)通过网络通讯单元(2)进行指令、数据的交互；触屏控制单元(3)、PLC信号模块单元(4)、32KW伺服驱动控制单元(5)以及两套1KW伺服驱动控制单元(9.12)之间通过POWERLINK总线进行通讯；32KW伺服驱动控制单元(5)给主电机驱动单元(6)提供动力电并接收反馈的电机参数信息；两套1KW伺服驱动控制单元(9.12)分别给升沉变角电缸单元(10)和侧移变角电机单元(11)提供动力电并接收反馈的电缸、电机参数信息；正弦发生器单元(7)与主电机驱动单元(6)连接；正弦发生器单元(7)与直线位移反馈单元(8)连接；直线位移反馈单元(8)与PLC信号模块单元(4)电信号连接；
所述的主电机驱动单元(6)与正弦发生器单元(7)共同组成平移振荡驱动机构，主电机驱动单元(6)的匀速旋转通过正弦发生器单元(7)转换为直线正弦振荡，实现试验模型的平移振荡试验功能；平移振荡试验的频率由主电机驱动单元(6)的转速决定，振幅通过正弦发生器单元(7)进行调节；平移振荡试验包含升沉振荡试验模态和侧移振荡试验模态，升沉变角电缸单元(10)负责升沉振荡模态中模型迎角的自动改变，侧移变角电机单元(11)负责侧移振荡模态中模型迎角的自动改变；上位机控制单元(1)下发主电机驱动单元(6)旋转运动的控制指令、升沉变角电缸单元(10)和侧移变角电机单元(11)步进运动的控制指令，同时接收主电机驱动单元(6)、升沉变角电缸单元(10)和侧移变角电机单元(11)回传的反馈信息以及直线位移反馈单元(8)反馈的试验模型的实时位置；触屏控制单元(3)在实时操作环境中实现对主电机驱动单元(6)、升沉变角电缸单元(10)和侧移变角电机单元(11)的闭环运动控制；试验模型进行强迫正弦振荡的实时位置通过直线位移反馈单元(8)反馈给触屏控制单元(3)，该路信号不参与闭环运动控制，但是通过该路信号进行到位触发判断，并且该路位置信号实时输出给试验的数据采集系统，并与平移振荡试验数据进行同步采集。
2.根据权利要求1所述的一种应用于模型自动变迎角的平移振荡试验的控制装置，其特征在于：所述的上位机控制单元(1)与触屏控制单元(3)通过网络通讯单元(2)建立通讯链路，网络通讯单元(2)采用TCP/IP通讯协议。
3.根据权利要求1或2所述的一种应用于模型自动变迎角的平移振荡试验的控制装置，其特征在于：所述的触屏控制单元(3)与PLC信号模块单元(4)、32KW伺服驱动控制单元(5)以及两套1KW伺服驱动控制单元(9.12)之间通过高速工业以太网POWERLINK总线协议建立通讯链路。
4.根据权利要求3所述的一种应用于模型自动变迎角的平移振荡试验的控制装置得出的升沉振荡试验方法，其特征在于，步骤如下：
1)上位机控制单元(1)通过网络通讯单元(2)向触屏控制单元(3)下发平移振荡的试验指标，触屏控制单元(3)通过试验指标解算得到主电机驱动单元(6)的设定转速，并控制其按照设定转速进行匀速旋转运动，并经正弦发生器单元(7)作用后，试验模型进行指定频率的直线振荡运动；
2)上位机控制单元(1)检测主电机驱动单元(6)达到额定转速后，下发迎角指令，触屏控制单元(3)与第一1KW伺服驱动控制单元(9)共同控制升沉变角电缸单元(10)进行步进运动，从而进行试验模型迎角的自动改变；
3)当模型迎角达到指定的迎角后，触屏控制单元(3)通过直线位移反馈单元(8)实时检测试验模型的位置，当试验模型沿着正方向第一次经过中心点后，触屏控制单元(3)通过POWERLINK通讯总线协议和PLC信号模块单元(4)向定时触发系统发出到位触发信号；
4)定时触发系统根据试验频率将每个周期进行240次时间等分，然后利用其高速脉冲输出功能，在接到到位触发信号后，单周期240次、连续22个周期输出中断触发信号，触发数据采集系统进行平移振荡试验数据以及试验模型实时位置的采集；
5)上位机控制单元(1)实时检测定时触发系统输出的触发脉冲数，当检测到全部触发脉冲完成输出后，上位机控制单元(1)通过网络通讯单元(2)向触屏控制单元(3)下发新的迎角指令，并重复执行步骤2)～步骤5)的操作；
6)当整个迎角序列的迎角状态均执行完毕后，上位机控制单元(1)下发停止指令，停止主电机驱动单元(6)的旋转运动，试验结束。
5.根据权利要求3所述的一种应用于模型自动变迎角的平移振荡试验的控制装置得出的侧移振荡试验方法，其特征在于，步骤如下：
1)上位机控制单元(1)通过网络通讯单元(2)向触屏控制单元(3)下发平移振荡的试验指标，触屏控制单元(3)通过试验指标解算得到主电机驱动单元(6)的设定转速并控制其按照设定转速进行匀速旋转运动，并经正弦发生器单元(7)作用后，试验模型进行指定频率的直线振荡运动，
2)上位机控制单元(1)检测主电机驱动单元(6)达到额定转速后，下发迎角指令，触屏控制单元(3)与第二1KW伺服驱动控制单元(12)共同控制侧移变角电机单元(11)进行步进运动，从而进行试验模型迎角的自动改变；
3)当模型迎角达到指定的迎角后，触屏控制单元(3)通过直线位移反馈单元(8)实时检测试验模型的位置，当试验模型沿着正方向第一次经过中心点后，触屏控制单元(3)通过POWERLINK通讯总线协议和PLC信号模块单元(4)向定时触发系统发出到位触发信号；
4)定时触发系统根据试验频率将每个周期进行240次时间等分，然后利用其高速脉冲输出功能，在接到到位触发信号后，单周期240次、连续22个周期输出中断触发信号，触发数据采集系统进行平移振荡试验数据以及试验模型实时位置的采集；
5)上位机控制单元(1)实时检测定时触发系统输出的触发脉冲数，当检测到全部触发脉冲完成输出后，上位机控制单元(1)通过网络通讯单元(2)向实时控制单元(3)下发新的迎角指令，并重复执行步骤2)～步骤5)的操作；
6)当整个迎角序列的迎角状态均执行完毕后，上位机控制单元(1)下发停止指令，停止主电机驱动单元(6)的旋转运动，试验结束。
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