[實用新型]一種針對跨超聲速風洞撓性噴管型面控制系統

有效

• 申請號: 201520384641.1
• 申請日: 2015-06-08
• 公開（公告）號: CN204667163U
• 公開（公告）日: 2015-09-23
• 發明（設計）人: 黃敘輝;芮偉;高川;王博文;凌忠偉;敬華;秦建華;喻波;陳海峰;李平;唐亮;蔣婧妍
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心高速空氣動力研究所
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 沈強

技術領域

本實用新型涉及跨超聲速風洞控制技術領域，特別涉及一種針對跨超聲速風洞撓性噴管型面控制的多電機同步控制系統。

背景技術

噴管是風洞氣流的加速部件，其型面對試驗段氣流的速度場、方向場的均勻性有決定性的影響，是風洞獲得可靠試驗數據的基本保障，不同的速域采用不同的型面，亞、跨聲速風洞的噴管為收斂性的聲速噴管，超聲速風洞的噴管為收斂-擴張性的拉瓦爾噴管，外形曲線采用超聲速特征線方法或三次曲線法來設計。噴管撓性板通過布置在背氣流面上的鉸鏈支撐點與執行機構相連，控制系統通過控制執行機構的行程來控制撓性板的彎曲形狀使之與噴管理論氣動型面相吻合以得到不同試驗馬赫數的噴管型面。

傳統跨超聲速風洞噴管型面控制系統所采用的伺服液壓控制方式，其機械定位與液壓成型并鎖緊策略，存在同步性差、日常維護量大及環境因素限制等問題。隨著運動控制技術的創新，以及電氣設備性能的提高、功能的增強，多電機直接驅動噴管執行機構的同步控制方式得以應用。

實用新型內容

本實用新型的目的在于針對大跨度分布的多個由電機驅動的執行機構在獨立控制與同步運行中存在的問題，提供一種跨超聲速風洞撓性噴管型面控制系統解決方案。以保證執行機構將撓性板折成與不同馬赫數所對應噴管理論氣動型面相吻合的彈性曲面并有較高的重復精度，且在成型過程中將撓性板彎折應力控制在安全范圍內。

一種針對跨超聲速風洞撓性噴管型面控制系統，包括一個控制計算機、兩套相對獨立且相似的上、下撓性噴管型面控制子系統；上、下撓性噴管型面控制子系統互為鏡像，分別通過一個網絡交換機與控制計算機連接；所述上、下撓性噴管型面控制子系統分別包括至少一個主運動控制器，主運動控制器的控制輸出線與驅動器連接，驅動器輸出連接到電機，電機輸出到電動缸；所述電動缸上設置有傳感器，電機上設置編碼器，編碼器與傳感器采集的數據通過集線器連接到主運動控制器；所述上、下撓性噴管型面控制子系統中的噴管型面喉道處設置有應變信號采集模塊，應變信號采集模塊通過IO模塊連接到主運動控制器。

在上述技術方案中，所述上、下撓性噴管型面控制子系統分別包括有一個主運動控制器，三個擴展運動控制器，每一個擴展運動控制器的電氣連接結構與主運動控制器相同。

在上述技術方案中，所述主運動控制器控制的一臺電機連接兩臺電動缸，所述擴展運動控制器控制的一臺電機連接一臺電動缸。本方案中共有14組電動缸和3組螺旋升降機均通過擺動式鉸鏈或單點鉸鏈與噴管撓性板連接，其中，1～5組電動缸分別由?一臺伺服電機驅動兩臺并列的電動缸，6～14組電動缸分別由一臺伺服電機驅動一臺電動缸；三組螺旋升降機分別由一臺伺服電機驅動一臺電動推桿。

在上述技術方案中，所述電動缸上均設置有外置直線位移傳感器。所述擴展運動控制器控制的電動缸上均外置設置有旋轉編碼器。本方案中的14組電動缸均外置直線位移傳感器，同時第6～14組電動缸還分別外置一個旋轉編碼器（共9個），對所有電動缸的位移進行測量，位移量通過編碼器反饋接口傳輸給主運動控制器來計算位移偏差

在上述技術方案中，所述應變信號采集模塊設置在撓性板彎曲應力集中的噴管型面喉道附近；采集的應變信號經調理單元處理后，通過PROFIBUS?DP擴展的信號采集模塊發送至主運動控制器，進行安全連鎖處理，以防止執行機構的不同步運行而造成撓性板的損壞。

在上述技術方案中，所述電機上內置絕對編碼器，用于對其速度、加速度、位移信息反饋至驅動器。

本方案中的控制計算機，通過以太網與子系統建立聯接并通訊，可執行“遠程”操作，實現系統所轄設備的單軸運動控制、應變信號處理、驅動使能控制、聯動控制、回零控制、位置監測、故障信息檢測、安全聯鎖控制、以及監控/診斷控制等功能。

本方案的子系統的人機界面安裝于風洞撓性噴管現場控制柜中，可執行“本地”操作，實現該子系統所轄設備的單軸運動控制、應變信號處理、驅動使能控制、聯動控制、回零控制、位置監測、故障信息檢測、安全聯鎖控制、以及監控/診斷控制等功能。

本方案中的主運動控制器（內置一個運動控制單元），利用內部邏輯電路對接收到的操作指令進行處理后產生相應控制脈沖，通過PROFINET（PN）總線發送給四臺驅動器的運動控制單元。各運動控制單元將接收到的脈沖送入脈沖列形態，經內部控制環路后產生轉矩電流，通過DRIVE-CLiQ（DRIVE?Component?Link?with?Intelligence?Quotient的縮寫）接口傳輸給執行機構電機模塊，由此來驅動伺服電機。

與現有技術相比，本實用新型具有以下優點：