CN201689341U - 一种便携式低速风洞模型姿态控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于一种便携式低速风洞模型姿态控制装置。其包括：接近开关、便携式控制器和变频器；变频器用于连接对所述模型姿态的运行状态、角度进行控制的异步电机。PLC的输入接口接收由接近开关和机械部件马氏机构相配合对模型姿态的位置进行检测所获取的脉冲信号；其输出接口输出控制信号，该信号作为变频器和交流接触器组成的异步电机驱动器的设定值，以实现对异步电机的驱动与控制；所述装置可广泛用于各种低速风洞中的模型姿态控制，具有智能化程度高、体积小、可移动、抗干扰能力强、可靠性高、使用操作简单、性价比高的优点。

Description

一种便携式低速风洞模型姿态控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种风洞试验控制设备，具体是一种便携式低速风洞模型姿态控制装置。

背景技术

风洞是能人工产生和控制气流，用以模拟飞行器或物体周围气体的流动，并可量度气流对物体的作用以及观察物体现象的一种管道试验设备。风洞在空气动力学研究和飞行器设计中起着十分重要的作用，它的发展与航空航天技术的发展密切相关。

低速风洞中模型姿态的控制通常由上转盘、下转盘、镜像支杆和攻角控制机构四部分组成，分别通过四台电机来拖动并结合机械传动来实现模型姿态角度的变化，对其基本控制要求是能实现单台及多台电机同步运行且错位角度不得大于2°，能设定和显示目标角度、并能显示当前运行角度。

基于上述要求，目前主要采用两种控制方式：①采用绕线电机作为机械动力拖动模型；以单片机作为控制核心，用数字运动控制器来实现多台电机同步运行，能设定和显示当前角度，模型姿态到位后采用电磁铁抱闸制动方式。②以步进或伺服电机作为模型姿态的动力源，用工业控制计算机和相关的控制板卡作为控制手段。这两种控制方式均采用固定的方式安装在风洞测控间，相比较而言前者控制手段落后，后者较前者智能化程度高，但价格昂贵，且控制板卡存在干扰问题。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种便携式智能化程度高、价格低廉、使用简单和可靠性高的低速风洞模型姿态控制装置。

为解决上述技术问题，本实用新型的低速风洞模型姿态控制装置，包括：用于检测模型姿态角度的接近开关，用于对接近开关输出的模型姿态角度信号进行处理并显示的便携式控制器，以及与便携式控制器的控制信号输出端相连的变频器；变频器用于连接对所述模型姿态的运行状态、角度进行控制的异步电机。

所述便携式控制器包括：PLC；PLC具有电平触发的脉冲信号输入端，用于接收来自所述接近开关输出的用于表示风洞模型姿态角度的脉冲信号。PLC连接有用于对模型的六种角度变化进行选择性操作的运行模式选择开关。所述PLC连接有用于防止模型机构超出极限位置的硬件限位开关；PLC还连接有用于响应限位开关动作而发出声光报警信号的声光报警器。所述PLC连接有用于在对模型姿态角度的进行控制时点亮的运行指示。所述PLC连接有用于启动模型运行的启动开关和用于控制模型运行紧急停止的急停开关。所述PLC连接有用于设定模型姿态的运行目标角度、软件限位角度及当前运行角度的液晶显示单元。所述PLC分别经分频器段速控制端口和分频器正反转控制端口与变频器相连。

PLC采用I/O的点数为48，液晶显示单元可采用与PLC型号相匹配的型号，它们之间的通信为RS-232。模型姿态控制器PLC在比较设定的运行角度和当前角度后，自动给出电机的正反转控制信号、速度信号使得模型的姿态角度向设定角度变化。在此过程中不断检测接近开关的信号(当前角度)与设定角度比较，直至达到设定角度时停止。PLC和其相应的液晶显示模块能够完成运行角度设定和当前角度显示，同步运行错位保护、急停、声光报警功能，同时该装置还具有软硬件限位保护功能。

所述的基于PLC技术的便携式低速风洞模型姿态控制装置适用于以普通的鼠笼异步电机为模型姿态的动力源，用变频器的调速功能和制动功能实现多台电机的同步运行及到位后的制动。基于PLC技术的低速风洞模型姿态控制应用系统由接近开关、便携式模型姿态控制装置、变频器、异步电机连接而成。

所述的基于PLC技术的便携式低速风洞模型姿态控制装置，在模式选择开关选择后，再对模型姿态的运行目标角度进行设定，然后按下启动开关，PLC接收来之于接近开关的开关信号进行处理，给出信号至变频器的段速控制端口和正反转控制端口以达到对四台电机的正反转控制和速度的控制，从而实现控制要求。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：(1)本实用新型的基于PLC技术的便携式模型姿态控制装置：能实现单台及多台电机同步运行，能设定和显示目标角度、并能显示当前运行角度。具有智能化程度高、体积小、抗干扰能力强、可靠性高、使用操作简单、价格低廉、实用性强的特点，可广泛用于低速风洞中模型姿态的控制。(2)PLC和液晶显示单元组装在一起构成可移动便携式风洞模型姿态控制器，体积小，成本低廉。

附图说明

图1为本实用新型的应用示意图；图2为本实用新型的控制原理框图；图3为本实用新型的便携式模型姿态控制器的外形图；图4为本实用新型的便携式模型姿态控制器的原理框图；图5为本实用新型的便携式模型姿态控制器的电路原理图；图6为本实用新型的程序流程图(以β1方式为例)；图7a和图7b为实施例中的便携式模型姿态控制器的部分显示界面；

具体实施方式

下面结合图1-7对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，便携式控制器2作为控制装置的核心，自动对接近开关1检测到的模型姿态角度(位置)信号进行处理、显示，并与变频器3、异步电机4构成对模型姿态的运行状态、角度进行控制、显示；变频器3作为异步电机4的驱动和制动环节，由异步电机4执行拖动模型姿态的功能；便携式控制器2中的液晶显示模块，用于模型姿态运行目标角度、保护角度设定，且具有显示设定角度和当前运行角度的功能。

如图2所示，以PLC 5为核心控制部件，PLC 5首先将当前运行角度和设定角度进行比较，确定电机运行的正反方向，在电机起动后通过接近开关1将运行角度信息反馈回来(接近开关安装在马氏机构旁，模型每走1°接近开关反馈1个脉冲信号)送入PLC 5；PLC 5经过控制规律的运算后，输出控制信号给变频器3，控制电机运行。从而构成一个闭环控制系统。

图3所示为便携式模型姿态控制器外形图，首先将控制器后面板上的航空插头接上(将接近开关1，硬件限位开关8、变频器3接入PLC 5)，然后在电源开关打开后，选择运行模式(方式选择)，并在液晶显示单元对运行角度进行设定，最后启动运行按钮即可。

当出现紧急情况时，按下急停按钮则会立即停车并报警。若出现模型到达极限位置时，会自动停止并进行声光报警。

图4所示，便携式模型姿态控制器的原理框图，接近开关信号6、运行模式开关7、硬件限位保护开关8、启动开关9、急停开关10连接到PLC 5的输入口；而变频器段速控制端口11、变频器正反转控制端口12、声光报警指示13、运行指示14连接到PLC 5的输出口；液晶显示单元15则与PLC 5的专用RS-232接口相连，液晶显示单元能够访问PLC 5的内部寄存器。

图5为便携式模型姿态控制器的电路原理图，图中接近开关信号6接入PLC 5的i0-i3口，运行模式开关7接入PLC 5的i10-i15口，硬件限位保护开关8接入PLC 5的i16、i17、i19、i22、i23、i24口，启动开关9接入PLC 5的i21口，急停开关10接在PLC 5输入i20口；而变频器段速控制端口11接入PLC 5的Q0-Q3口，变频器正反转控制端口12接入PLC 5的Q10-Q17口，声光报警指示13接入PLC 5的Q20口，运行指示14接在PLC 5的Q21输出口。

便携式低速风洞模型姿态控制装置的工作流程如图6(以β1方式为例)所示。当PLC 5上电之时，自动进行初始化；在用户进行运行模式选择和运行目标角度设定后，PLC5将会对存放在寄存器R2001里的当前角度和分别存放在入R2007、R2010的软件限位上限值、下限值进行比较；若相等则电机不动，若不相等再将存放在寄存器R2000里的运行目标角度和当前角度进行比较，给出信号至变频器的正反转控制端口段速控制端口，从而控制电机带动模型向目标角度靠近，直至完全到位，电机停转。对于同步运行错位保护，只需将需要同步运行的当前模型姿态角的值进行比较，当其差值大于等于2°时，电机停止转动。

图7为新型的便携式模型姿态控制器部分显示界面示意图；在打开电源后在液晶单元的屏上将出现下列主画面(画面0)如图7a所示。在此界面下按下F0进入运行角度设定画面；按下F1进入当前角度设定画面；按下F2进入α、β1软件限位设置画面；按下F3进入β2、β3软件限位设置画面。例如按下F0就进入如图7b所示(画面1)，在此界面下，只能对设定角度进行修改，在此画面下按F0设定角度加1，按F1设定角度值减1。上述F0-F3为液晶屏上按钮，在不同界面下这些按钮可重复定义。

变频器3作为异步电机4的驱动和制动环节，异步电机4执行拖动从而改变风洞模型的姿态；便携式模型姿态控制器2中的液晶显示模块用于设定模型姿态的目标角度和极限保护角度，并具有显示设定角度和当前运行角度的功能。

PLC5的脉冲信号输入端分别是i0、i1、i2和i3，并选用电平触发方式；电平触发方式可有效减少干扰，保证运行可靠性。

所述便携式控制器2的运行模式，由选择开关1输出的运行模式选择信号控制，该信号接入PLC5的运行模式选择信号输入端i10、i11、i12、i13、i14和i15。其作用在于对模型的六种角度变化进行选择性操作，从而实现α、β1、β2、β3、β1+β2(两台电机同步)、β1+β2+β3(三台电机同步)六种运行方式。

硬件限位保护的实现是由硬件限位开关(8)获取信号，该信号接入PLC5的输入接口i16、i17、i19、i12、i23和i24，防止由于误操作而导致模型机构超出极限位置而损坏机构。PLC5的输出口Q20响应限位开关8、驱动声光报警13发出声光报警信号。

所述模式选择开关7选择后，再对模型姿态的运行目标角度进行设定，然后按下启动开关9；PLC5接收来自于接近开关6的信号进行处理，通过输出口Q0-Q3给出信号至变频器3的段速控制端口11并通过输出口Q10-Q17给出信号至变频器3的正反转控制端口12以达到对四台电机的正反转方向控制和速度高低的控制。

所述便携式模型姿态控制器2由PLC5、运行模式选择开关7、启动开关9、急停开关10、声光报警指示13、运行指示14、液晶显示单元15连接而成。

所述急停开关10的信号输入到PLC5的i20口。当风洞模型姿态运行过程中需要紧急停车时，按下急停开关10，即可实现模型运行过程中紧急停止。

所述液晶显示单元15是和PLC5相对应的专用液晶显示模块，与PLC之间有专门的通信线相连接；液晶显示单元15用于设定模型姿态的运行目标角度、软件限位角度及当前运行角度。

便携式风洞模型姿态控制装置的控制方法及步骤：a.将接近开关信号6、硬件限位开关8、变频器3的段速控制端口11、变频器3的正反转控制端口12通过航空插头接入便携式模型姿态控制器2；b.模式选择开关7置于所选定的位置；c.由液晶显示单元15设定模型运行目标角度；d.按下启动开关9。

本实用新型的上述实施例仅为说明本实用新型所作的举例，而本实用新型实施方式并不局限于此。对于属于本实用新型的精神与原理下所作的修改、组合、简化、替代等均为等效替换，都仍然包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种便携式低速风洞模型姿态控制装置，其特征在于包括：用于检测模型姿态角度的接近开关(1)，用于对接近开关(1)输出的模型姿态角度信号进行处理并显示的便携式控制器(2)，以及与便携式控制器(2)的控制信号输出端相连的变频器(3)；

变频器(3)用于连接对所述模型姿态的运行状态、角度进行控制的异步电机(4)。

2.根据权利要求1所述的一种便携式低速风洞模型姿态控制装置，其特征在于：所述便携式控制器(2)包括：PLC(5)；PLC(5)具有电平触发的脉冲信号输入端，用于接收来自所述接近开关(1)输出的用于表示风洞模型姿态角度的脉冲信号。

3.根据权利要求2所述的一种便携式低速风洞模型姿态控制装置，其特征在于：PLC(5)连接有用于对模型的六种角度变化进行选择性操作的运行模式选择开关(7)。

4.根据权利要求2所述的一种便携式低速风洞模型姿态控制装置，其特征在于：所述PLC(5)连接有用于防止模型机构超出极限位置的硬件限位开关(8)；

PLC(5)还连接有用于响应限位开关(8)动作而发出声光报警信号的声光报警器(13)。

5.根据权利要求2所述的一种便携式低速风洞模型姿态控制装置，其特征在于：所述PLC(5)连接有用于在对模型姿态角度的进行控制时点亮的运行指示(14)。

6.根据权利要求2所述的一种便携式低速风洞模型姿态控制装置，其特征在于：所述PLC(5)连接有用于启动模型运行的启动开关(9)和用于控制模型运行紧急停止的急停开关(10)。

7.根据权利要求2所述的一种便携式低速风洞模型姿态控制装置，其特征在于：所述PLC(5)连接有用于设定模型姿态的运行目标角度、软件限位角度及当前运行角度的液晶显示单元(15)。

8.根据权利要求2所述的一种便携式低速风洞模型姿态控制装置，其特征在于：所述PLC(5)分别经分频器段速控制端口(11)和分频器正反转控制端口(11)与分频器(3)相连。

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