CN204667163U - 一种针对跨超声速风洞挠性喷管型面控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种针对跨超声速风洞挠性喷管型面控制系统，包括一个控制计算机、两套相对独立且相似的上、下挠性喷管型面控制子系统；上、下挠性喷管型面控制子系统互为镜像，分别通过一个网络交换机与控制计算机连接。本实用新型采用电机直接驱动喷管执行机构方式，可对任一组电动缸进行单独操作，相对传统控制系统仅能通过单一油路对多液压缸进行整体控制具有显著优势；通过对电动缸外置编码器与直线位移传感器反馈值进行实时比较和应变监测与报警等多种手段，实现执行机构精确定位的同时，也保证了系统可靠性与安全性。

Description

一种针对跨超声速风洞挠性喷管型面控制系统

技术领域

本实用新型涉及跨超声速风洞控制技术领域，特别涉及一种针对跨超声速风洞挠性喷管型面控制的多电机同步控制系统。

背景技术

喷管是风洞气流的加速部件，其型面对试验段气流的速度场、方向场的均匀性有决定性的影响，是风洞获得可靠试验数据的基本保障，不同的速域采用不同的型面，亚、跨声速风洞的喷管为收敛性的声速喷管，超声速风洞的喷管为收敛-扩张性的拉瓦尔喷管，外形曲线采用超声速特征线方法或三次曲线法来设计。喷管挠性板通过布置在背气流面上的铰链支撑点与执行机构相连，控制系统通过控制执行机构的行程来控制挠性板的弯曲形状使之与喷管理论气动型面相吻合以得到不同试验马赫数的喷管型面。

传统跨超声速风洞喷管型面控制系统所采用的伺服液压控制方式，其机械定位与液压成型并锁紧策略，存在同步性差、日常维护量大及环境因素限制等问题。随着运动控制技术的创新，以及电气设备性能的提高、功能的增强，多电机直接驱动喷管执行机构的同步控制方式得以应用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对大跨度分布的多个由电机驱动的执行机构在独立控制与同步运行中存在的问题，提供一种跨超声速风洞挠性喷管型面控制系统解决方案。以保证执行机构将挠性板折成与不同马赫数所对应喷管理论气动型面相吻合的弹性曲面并有较高的重复精度，且在成型过程中将挠性板弯折应力控制在安全范围内。

一种针对跨超声速风洞挠性喷管型面控制系统，包括一个控制计算机、两套相对独立且相似的上、下挠性喷管型面控制子系统；上、下挠性喷管型面控制子系统互为镜像，分别通过一个网络交换机与控制计算机连接；所述上、下挠性喷管型面控制子系统分别包括至少一个主运动控制器，主运动控制器的控制输出线与驱动器连接，驱动器输出连接到电机，电机输出到电动缸；所述电动缸上设置有传感器，电机上设置编码器，编码器与传感器采集的数据通过集线器连接到主运动控制器；所述上、下挠性喷管型面控制子系统中的喷管型面喉道处设置有应变信号采集模块，应变信号采集模块通过IO模块连接到主运动控制器。

在上述技术方案中，所述上、下挠性喷管型面控制子系统分别包括有一个主运动控制器，三个扩展运动控制器，每一个扩展运动控制器的电气连接结构与主运动控制器相同。

在上述技术方案中，所述主运动控制器控制的一台电机连接两台电动缸，所述扩展运动控制器控制的一台电机连接一台电动缸。本方案中共有14组电动缸和3组螺旋升降机均通过摆动式铰链或单点铰链与喷管挠性板连接，其中，1～5组电动缸分别由 一台伺服电机驱动两台并列的电动缸，6～14组电动缸分别由一台伺服电机驱动一台电动缸；三组螺旋升降机分别由一台伺服电机驱动一台电动推杆。

在上述技术方案中，所述电动缸上均设置有外置直线位移传感器。所述扩展运动控制器控制的电动缸上均外置设置有旋转编码器。本方案中的14组电动缸均外置直线位移传感器，同时第6～14组电动缸还分别外置一个旋转编码器（共9个），对所有电动缸的位移进行测量，位移量通过编码器反馈接口传输给主运动控制器来计算位移偏差

在上述技术方案中，所述应变信号采集模块设置在挠性板弯曲应力集中的喷管型面喉道附近；采集的应变信号经调理单元处理后，通过PROFIBUS DP扩展的信号采集模块发送至主运动控制器，进行安全连锁处理，以防止执行机构的不同步运行而造成挠性板的损坏。

在上述技术方案中，所述电机上内置绝对编码器，用于对其速度、加速度、位移信息反馈至驱动器。

本方案中的控制计算机，通过以太网与子系统建立联接并通讯，可执行“远程”操作，实现系统所辖设备的单轴运动控制、应变信号处理、驱动使能控制、联动控制、回零控制、位置监测、故障信息检测、安全联锁控制、以及监控/诊断控制等功能。

本方案的子系统的人机界面安装于风洞挠性喷管现场控制柜中，可执行“本地”操作，实现该子系统所辖设备的单轴运动控制、应变信号处理、驱动使能控制、联动控制、回零控制、位置监测、故障信息检测、安全联锁控制、以及监控/诊断控制等功能。

本方案中的主运动控制器（内置一个运动控制单元），利用内部逻辑电路对接收到的操作指令进行处理后产生相应控制脉冲，通过PROFINET（PN）总线发送给四台驱动器的运动控制单元。各运动控制单元将接收到的脉冲送入脉冲列形态，经内部控制环路后产生转矩电流，通过DRIVE-CLiQ（DRIVE Component Link with Intelligence Quotient的缩写）接口传输给执行机构电机模块，由此来驱动伺服电机。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型采用电机直接驱动喷管执行机构方式，可对任一组电动缸进行单独操作，相对传统控制系统仅能通过单一油路对多液压缸进行整体控制具有显著优势；

2、本实用新型利用伺服电机自身特性，通过先进控制算法，解决了传统液压+电机组合方式所带来的同步性差、操作复杂及试验效率低等问题；

3、本实用新型通过对电动缸外置编码器与直线位移传感器反馈值进行实时比较和应变监测与报警等多种手段，实现执行机构精确定位的同时，也保证了系统可靠性与安全性。

附图说明

 图1是本实用新型的系统结构简图。

具体实施方式

图1为本实用新型的系统结构简图，如图1所示，挠性喷管型面控制系统包含一工程师站，工程师站也就是控制计算机，通过TCP-IP协议与网络交换机联接，同时通过TCP-IP协议分别与上挠性喷管型面控制子系统人机界面和主运动控制器进行通讯。下挠性喷管型面控制子系统与之互为镜像，此处仅以虚线框内的上挠性喷管型面控制子系统为例进行说明。

子系统内主运动控制器利用内部逻辑电路对接收到的操作指令进行处理后产生相应控制脉冲，其内置的控制单元将接收到的脉冲送入脉冲列形态，经内部控制环路后产生转矩电流，通过DRIVE-CLiQ（DRIVE Component Link with Intelligence Quotient的缩写）接口传输给驱动器，以此控制电机，并驱动与之连接的电动缸（每个电机驱动2台电动缸），驱动器通过电源给相应电机供电的同时，电机内置编码器的相关信息亦通过DRIVE-CLiQ接口反馈至驱动器。为了能够对各执行机构进行精确的同步控制，使用外置直线位移传感器对电动缸进行位移量的测量，位移量经SSI（Synchronous Serial Interface的缩写）接口由编码器模块采集，通过网络集线器处理后，再经DRIVE-CLiQ接口传输给主运动控制器来计算位移偏差。

由于主运动控制器的内置控制单元仅能控制个伺服轴，因此通过PROFINET（PN）总线进行相应扩展以满足系统要求。扩展运动控制单元的工作原理与主运动控制器的内置控制单元相似，不同之处仅在于电机分别驱动1台电动缸或电动推杆，以及使用外置直线位移传感器和旋转编码器5分别对电动缸进行位移量的测量，其余不做赘述。

此外，为防止执行机构的不同步运行造成挠性板的损坏，在其弯曲应力较为集中的喷管型面喉道附近设置应变片，采集的应变信号经调理单元处理后，通过PROFIBUS DP总线扩展的IO模块发送至主运动控制器，进行安全连锁处理。

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种针对跨超声速风洞挠性喷管型面控制系统，其特征在于包括一个控制计算机、两套相对独立且相似的上、下挠性喷管型面控制子系统；上、下挠性喷管型面控制子系统互为镜像，分别通过一个网络交换机与控制计算机连接；所述上、下挠性喷管型面控制子系统分别包括至少一个主运动控制器，主运动控制器的控制输出线与驱动器连接，驱动器输出连接到电机，电机输出到电动缸；所述电动缸上设置有传感器，电机上设置编码器，编码器与传感器采集的数据通过集线器连接到主运动控制器；所述上、下挠性喷管型面控制子系统中的喷管型面喉道处设置有应变信号采集模块，应变信号采集模块通过IO模块连接到主运动控制器。

2.根据权利要求1所述的一种针对跨超声速风洞挠性喷管型面控制系统，其特征在于所述上、下挠性喷管型面控制子系统分别包括有一个主运动控制器，三个扩展运动控制器，每一个扩展运动控制器的电气连接结构与主运动控制器相同。

3.根据权利要求2所述的一种针对跨超声速风洞挠性喷管型面控制系统，其特征在于所述主运动控制器控制的一台电机连接两台电动缸，所述扩展运动控制器控制的一台电机连接一台电动缸。

4.根据权利要求3所述的一种针对跨超声速风洞挠性喷管型面控制系统，其特征在于所述电动缸上均设置有外置直线位移传感器。

5.根据权利要求3所述的一种针对跨超声速风洞挠性喷管型面控制系统，其特征在于所述扩展运动控制器控制的电动缸上均外置设置有旋转编码器。

6.根据权利要求1所述的一种针对跨超声速风洞挠性喷管型面控制系统，其特征在于所述应变信号采集模块设置在挠性板弯曲应力集中的喷管型面喉道附近。

7.根据权利要求1所述的一种针对跨超声速风洞挠性喷管型面控制系统，其特征在于所述电机上内置绝对编码器，用于对其速度、加速度、位移信息反馈至驱动器。