CN116610158B - 一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制系统及控制方法，属于风洞试验技术领域，为提高大型风洞喷管插拔销定位控制的可靠性和抗干扰性。本发明包括控制器、变频器、滤波电路，控制器发送控制信号给变频器，变频器驱动电机，电机带动运动机构，运动机构的运动上限位置和运动下限位置分别安装有上限位开关、下限位开关，所述上限位开关、下限位开关分别连接有滤波电路，滤波电路连接控制器，控制器中设置有数字量输入模块、延时断开模块；控制器、变频器、滤波电路设置在控制柜内部，所述控制柜外部安装有报警指示灯、复位按钮。本发明采用机械式限位开关、一阶阻容低通滤波电路、软件逻辑判断共同实现一种高可靠性高抗干扰性机构定位控制系统。

Description

一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制系统及控制方法

技术领域

本发明属于风洞试验技术领域，具体涉及一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制系统及控制方法。

背景技术

大型风洞喷管插拔销在风洞试验过程中通过插入和拔出以实现喷管和试验段的锁紧及脱开，但由于喷管插拔销长度有限，所以在喷管插拔销插入或拔出时，喷管插拔销不能超过其长度极限，否则会造成喷管插拔销机构的损坏。同时喷管插拔销如果运动距离过短，未到达设定位置，会造成喷管和试验段不能完全锁紧或脱开。通常用于大型风洞喷管插拔销的定位控制的办法是在喷管插拔销插入和拔出的目标位置安装限位开关，当插入或拔出到达指定位置后，限位开关触发驱动喷管插拔销的电机停止运动，但以上方法在限位开关信号受到干扰、限位开关松动或损坏的情况下，无法提供准确的信号用于喷管插拔销电机控制，而且限位开关的状态也难以进行判断。

发明内容

本发明要解决的问题是提高大型风洞喷管插拔销的定位控制方法的可靠性和抗干扰性，提出一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制系统及控制方法。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制系统，包括控制器、变频器、滤波电路，所述控制器发送控制信号给变频器，所述变频器驱动电机，所述电机带动运动机构，所述运动机构的运动上限位置和运动下限位置分别安装有上限位开关、下限位开关，所述上限位开关、下限位开关分别连接有滤波电路，所述滤波电路连接控制器；

所述控制器中设置有数字量输入模块、延时断开模块；

所述控制器、变频器、滤波电路设置在控制柜内部，所述控制柜外部安装有报警指示灯、复位按钮。

进一步的，所述变频器、电机、运动机构、上限位开关、下限位开关的个数均为n个，所述滤波电路的个数为2n个，其中n为预先设定的自然数。

进一步的，所述控制器通过控制总线将控制信号发送给变频器，变频器产生驱动电压驱动电机带动运动机构运动。

进一步的，所述运动机构为喷管插拔销机构。

进一步的，所述上限位开关、下限位开关为机械式限位开关，将机械式限位开关的常闭触点信号经过滤波电路后输入到控制器的数字量输入模块。

进一步的，所述上限位开关、下限位开关通过屏蔽线缆以单端接地的方式连接到控制柜上。

进一步的，所述滤波电路为一阶阻容低通滤波电路。

一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制方法，依托于所述的一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制系统实现，包括如下步骤：

S1、在变频器中设置电机基本参数，包括额定电压、额定电流，进行控制器和变频器之间的通讯设置；

S2、测量运动机构的运动上限位置和运动下限位置，安装上限位开关、下限位开关，将上限位开关、下限位开关的常闭触点信号接入到控制器的数字量输入模块；

S3、搭建滤波电路为一阶阻容低通滤波电路，设定滤波电路的电阻值、电容值，用于滤掉大型风洞现场电磁环境产生的高频脉冲；

S4、进行单个运动机构的定位控制或者进行多个运动机构的定位控制。

进一步的，步骤S4中进行单个运动机构的定位控制的具体实现方法包括如下步骤：

S4.1、控制器设定运动机构正常运行时的单个运动机构的最短运动到位时间为t10、运动机构正常运行时的单个运动机构的最长运动到位时间为t20；

S4.2、设运动机构运行时间为t，进行判断：

当t＜t10时，设定时间为t10的延时断开模块实现电机处于运行状态，防止上限位开关、下限位开关误操作；

当t10≤t＜t20时，设定时间为t20的延时断开模块和上限位开关、下限位开关实现所述的一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制系统响应限位开关的断开信号；

当t≥t20时，两个分支的延时断开模块和上限位开关、下限位开关实现电机停止运动。

进一步的，步骤S4中进行多个运动机构的定位控制的具体实现方法包括如下步骤：

S4.3、控制器设定n个运动机构正常运行时的运动到位的时间分别是t1，t2，...，tn，则得到n个运动机构正常运行时的n个运动机构的最长运动到位的时间为tmax=max{t1，t2，...，tn}，n个运动机构的最短运动到位的时间为tmin= min{t1，t2，...，tn}；

S4.4、设，其中，/>为平均运动时间，/>为第i个运动机构正常运行时的运动到位的时间；

S4.5、设定t0为各运动机构正常运动时允许的到位时间差值，进行判断，当或/>时，判断运动机构在运动过程中存在问题，控制柜报警指示灯亮起；

S4.6、人工判断运动机构的运动状态，判断为正常状态后，启动控制柜的复位按钮，运动机构继续运动。

本发明的有益效果：

本发明所述的一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制系统，采用机械式限位开关、一阶阻容低通滤波电路、软件逻辑判断共同实现一种高可靠性高抗干扰性机构定位控制系统。限位开关使用常闭触点，可以避免因为连接线缆断开造成的机构到位漏报。阻容低通滤波电路可以有效滤掉现场电磁环境产生的高频脉冲，控制方法上引入时间区间和接通延时断开的概念，提高了用于大型风洞喷管插拔销的定位控制系统的可靠性和准确性。

附图说明

图1为本发明所述的一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制系统的结构示意图；

图2为本发明所述的一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制系统的控制柜示意图；

图3为本发明所述的一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制系统的滤波电路示意图；

图4为本发明所述的一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制方法的流程图；

图5为本发明所述的一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制方法的正向运动回路中接通延时断开模块使用方法示意图；

图6为本发明所述的一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制方法的反向运动回路中接通延时断开模块使用方法示意图；

图中1为控制器，2为变频器，3为电机，4为运动机构，5为上限位开关，6为下限位开关，7为滤波电路，1-1为数字量输入模块，1-2为延时断开模块，8为控制柜，9为报警指示灯，10为复位按钮。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的具体实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的具体实施方式。通常在此处附图中描述和展示的本发明具体实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计，本发明还可以具有其他实施方式。

因此，以下对在附图中提供的本发明的具体实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定具体实施方式。基于本发明的具体实施方式，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他具体实施方式，都属于本发明保护的范围。

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下具体实施方式，并配合附图1-附图6详细说明如下：

具体实施方式一：

一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制系统，包括控制器1、变频器2、滤波电路7，所述控制器1发送控制信号到变频器2，所述变频器2驱动电机3，所述电机3带动运动机构4，所述运动机构4的运动上限位置和运动下限位置分别安装有上限位开关5、下限位开关6，所述上限位开关5、下限位开关6分别连接有滤波电路7，所述滤波电路7连接控制器1；

所述控制器1中设置有数字量输入模块1-1、延时断开模块1-2；

所述控制器1、变频器2、滤波电路7设置在控制柜8内部，所述控制柜8外部安装有报警指示灯9、复位按钮10。

进一步的，所述变频器2、电机3、运动机构4、上限位开关5、下限位开关6的个数均为n个，所述滤波电路7的个数为2n个，其中n为预先设定的自然数。

进一步的，所述控制器1通过控制总线将控制信号发送给变频器2，变频器2产生驱动电压驱动电机3带动运动机构4运动。

进一步的，所述运动机构4为喷管插拔销机构。

进一步的，所述上限位开关5、下限位开关6为机械式限位开关，将机械式限位开关的常闭触点信号经过滤波电路7后输入到控制器1的数字量输入模块。

进一步的，所述上限位开关5、下限位开关6通过屏蔽线缆以单端接地的方式连接到控制柜8上。

限位开关的线缆采用屏蔽线缆，在控制柜处的屏蔽层接到控制柜地排上，有效降低空间辐射电磁干扰造成的影响。限位开关接到常闭触点，如果开关触发，常闭触点断开，保证系统的可靠性，不会像常开触点因为线缆断导致漏报；

进一步的，所述滤波电路7为一阶阻容低通滤波电路。因为限位开关的有效触发信号为一个电平信号，掺杂进来的高频分量是干扰成分，需要滤除，所以选用一阶阻容低通滤波电路。

进一步的，选取一阶阻容低通滤波电路的电阻值R=100欧，电容值为C=1000微法，则低通滤波器截止频率为：

。

为防止现场限位开关信号受到干扰，进一步增强系统的可靠性，在限位开关线缆接入控制器数字量输入模块之前引入一阶阻容低通滤波电路，滤除因为外界电磁干扰而产生的高频脉冲信号，避免尖峰信号造成的干扰和限位开关误触发，保证限位开关信号的可靠性。

具体实施方式二：

一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制方法，依托于所述的一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制系统实现，包括如下步骤：

S1、在变频器中设置电机基本参数，包括额定电压、额定电流，进行控制器和变频器之间的通讯设置；

S2、测量运动机构的运动上限位置和运动下限位置，安装上限位开关、下限位开关，将上限位开关、下限位开关的常闭触点信号接入到控制器的数字量输入模块；

S3、设置滤波电路为一阶阻容低通滤波电路，设定滤波电路的电阻值、电容值，用于滤掉大型风洞现场电磁环境产生的高频脉冲；

进一步的，一阶阻容低通滤波电路设置电阻值R=100欧，电容值为C=1000微法，则低通滤波器截止频率为：

；

S4、进行单个运动机构的定位控制或者进行多个运动机构的定位控制；

进一步的，步骤S4中进行单个运动机构的定位控制的具体实现方法包括如下步骤：

S4.1、控制器设定运动机构正常运行时的单个运动机构的最短运动到位时间为t10、运动机构正常运行时的单个运动机构的最长运动到位时间为t20；

S4.2、设运动机构运行时间为t，进行判断：

当t＜t10时，设定时间为t10的延时断开模块实现电机处于运行状态，防止上限位开关、下限位开关误操作；

当t10≤t＜t20时，设定时间为t20的延时断开模块和上限位开关、下限位开关实现所述的一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制系统响应限位开关的断开信号；

当t≥t20时，两个分支的延时断开模块和上限位开关、下限位开关实现电机停止运动。

进一步的，预留检修接口，保证检修旋钮为闭合和断开时，可分别控制电机启停，便于调试时测试限位开关位置是否合理，并确保在限位开关损坏时机构仍可以在人工操作和监视下运行到位。在正常使用时，检修开关处于断开位置；

进一步的，步骤S4中进行多个运动机构的定位控制的具体实现方法包括如下步骤：

S4.3、控制器设定n个运动机构正常运行时的运动到位的时间分别是t1，t2，...，tn，则得到n个运动机构正常运行时的n个运动机构的最长运动到位的时间为tmax=max{t1，t2，...，tn}，n个运动机构的最短运动到位的时间为tmin= min{t1，t2，...，tn}；

S4.4、设，其中，/>为平均运动时间，/>为第i个运动机构正常运行时的运动到位的时间；

S4.5、设定t0为各运动机构正常运动时允许的到位时间差值，进行判断，当或/>时，判断运动机构在运动过程中存在问题，控制柜报警指示灯亮起；

S4.6、人工判断运动机构的运动状态，判断为正常状态后，启动控制柜的复位按钮，运动机构继续运动。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

虽然在上文中已经参考具体实施方式对本申请进行了描述，然而在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本申请所披露的具体实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本申请并不局限于文中公开的特定具体实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制系统，其特征在于，包括控制器（1）、变频器（2）、滤波电路（7），所述控制器（1）发送控制信号到变频器（2），所述变频器（2）驱动电机（3），所述电机（3）带动运动机构（4），所述运动机构（4）的运动上限位置和运动下限位置分别安装有上限位开关（5）、下限位开关（6），所述上限位开关（5）、下限位开关（6）分别连接有滤波电路（7），所述滤波电路（7）连接控制器（1）；

所述控制器（1）中设置有数字量输入模块（1-1）、延时断开模块（1-2）；

所述控制器（1）、变频器（2）、滤波电路（7）设置在控制柜（8）内部，所述控制柜（8）外部安装有报警指示灯（9）、复位按钮（10）。

2.根据权利要求1所述的一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制系统，其特征在于，所述变频器（2）、电机（3）、运动机构（4）、上限位开关（5）、下限位开关（6）的个数均为n个，所述滤波电路（7）的个数为2n个，其中，n为预先设定的自然数。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制系统，其特征在于，所述控制器（1）通过控制总线将控制信号发送给变频器（2），变频器（2）产生驱动电压驱动电机（3）带动运动机构（4）运动。

4.根据权利要求3所述的一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制系统，其特征在于，所述运动机构（4）为喷管插拔销机构。

5.根据权利要求4所述的一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制系统，其特征在于，所述上限位开关（5）、下限位开关（6）为机械式限位开关，将机械式限位开关的常闭触点信号经过滤波电路（7）后输入到控制器（1）的数字量输入模块。

6.根据权利要求5所述的一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制系统，其特征在于，所述上限位开关（5）、下限位开关（6）通过屏蔽线缆以单端接地的方式连接到控制柜（8）上。

7.根据权利要求6所述的一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制系统，其特征在于，所述滤波电路（7）为一阶阻容低通滤波电路。

8.一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制方法，依托于权利要求1-7之一所述的一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制系统实现，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在变频器中设置电机基本参数，包括额定电压、额定电流，进行控制器和变频器之间的通讯设置；

S2、测量运动机构的运动上限位置和运动下限位置，安装上限位开关、下限位开关，将上限位开关、下限位开关的常闭触点信号接入到控制器的数字量输入模块；

S3、搭建滤波电路为一阶阻容低通滤波电路，设定滤波电路的电阻值、电容值，用于滤掉大型风洞现场电磁环境产生的高频脉冲；

S4、进行单个运动机构的定位控制或者进行多个运动机构的定位控制。

9.根据权利要求8所述的一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制方法，其特征在于，步骤S4中进行单个运动机构的定位控制的具体实现方法包括如下步骤：

S4.1、控制器设定运动机构正常运行时的单个运动机构的最短运动到位时间为t10、运动机构正常运行时的单个运动机构的最长运动到位时间为t20；

S4.2、设运动机构运行时间为t，进行判断：

当t＜t10时，设定时间为t10的延时断开模块实现电机处于运行状态，防止上限位开关、下限位开关误操作；

当t10≤t＜t20时，设定时间为t20的延时断开模块和上限位开关、下限位开关实现所述的一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制系统响应限位开关的断开信号；

当t≥t20时，两个分支的延时断开模块和上限位开关、下限位开关实现电机停止运动。

10.根据权利要求9所述的一种用于大型风洞喷管插拔销的定位控制方法，其特征在于，步骤S4中进行多个运动机构的定位控制的具体实现方法包括如下步骤：

S4.3、控制器设定n个运动机构正常运行时的运动到位的时间分别是t1，t2，...，tn，则得到n个运动机构正常运行时的n个运动机构的最长运动到位的时间为tmax=max{t1，t2，...，tn}，n个运动机构的最短运动到位的时间为tmin= min{t1，t2，...，tn}；

S4.4、设，其中，/>为平均运动时间，/>为第i个运动机构正常运行时的运动到位的时间；

S4.5、设定t0为各运动机构正常运动时允许的到位时间差值，进行判断，当或/>时，判断运动机构在运动过程中存在问题，控制柜报警指示灯亮起；

S4.6、人工判断运动机构的运动状态，判断为正常状态后，启动控制柜的复位按钮，运动机构继续运动。