[發明專利]一種基于C8051F040的高精度氣壓控制模態測試懸掛系統

在審

• 申請號: 201611029502.2
• 申請日: 2016-11-22
• 公開（公告）號: CN108088636A
• 公開（公告）日: 2018-05-29
• 發明（設計）人: 邢筱丹
• 申請（專利權）人: 邢筱丹
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02;G05B19/042
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種基于C8051F040的高精度氣壓控制模態測試懸掛系統，經過不斷地調試和完善該控制器能夠高精度、實時的提供穩定的氣壓控制，滿足了用戶的要求，并且具有很好的可操作性。該氣動控制系統運行可靠，具有操作方便、精度高和實時性好等特點，且具有較高的推廣應用價值。

技術領域

本發明涉及一種基于C8051F040的高精度氣壓控制模態測試懸掛系統，適用于機械領域。

背景技術

隨著航天航空技術的飛速發展，對航天器設計要求也越來越高，為了在設計航天器的過程中對結構體的物理參數進行準確分析，必須進行模態測試。模態測試的目的是測試航天器的動態特性，包括結構的固有頻率、模態振型和阻尼、廣義質量、廣義剛度等。測試結果用于獲得或驗證航天器的動力學模型，驗證結構的動態設計、進行力學環境預示、控制分系統設計及評定和故障診斷等，是結構動態模型修正及結構優化設計必不可少的環節，亦是新型號研制的重要保障。

目前，美國CSA工程公司已經定型的模態測試懸掛系統，型號為60350-DA，該系統最大懸掛重量621磅，垂直懸吊頻率為0.1 Hz，該系統已為美國NASA蘭利等研究中心所用。由于國內還沒有這樣的設備，缺少了必要的測試手段，對于新航天器的研制已經產生一定的影響，因此，盡快配置一套超低頻懸吊裝置系統，深入了解航天器結構系統的動態特性，尤為迫切。

氣動技術是以空氣壓縮機為動力源，以壓縮的空氣為工作介質進行能量傳遞和信號傳遞的工程技術，是實現各種生產過程、自動控制過程的重要手段之一。具有結構簡單、可靠性高、工作速度快、可貯存能量、遠距離輸送和工作介質取之不盡等優點。通過分析美國CSA工程公司的氣動磁懸浮懸吊裝置的工作原理和現有的資料，總結研制模態測試懸掛系統的關鍵之一是設計一種高精度的氣壓控制系統。

該懸掛裝置垂直方向上的固有頻率最低要達到0.03Hz，這在國內外都是首例，在分析計算中發現，要達到這個要求，氣壓波動必須小于20Pa。采用特制的壓力控制裝置，氣壓波動也只能抑制在50~100Pa。無法滿足要求，成為核心難點。

發明內容

本發明提出了一種基于C8051F040的高精度氣壓控制模態測試懸掛系統，經過不斷地調試和完善該控制器能夠高精度、實時的提供穩定的氣壓控制，滿足了用戶的要求，并且具有很好的可操作性。

本發明所采用的技術方案是：

所述模態裝置供氣系統中，外部大氣通過過濾器、空氣壓縮機、制冷干燥凈化裝置、自動排水和儲氣罐等后形成氣源。模態裝置對空氣質量的要求很高，再采用過濾器進行過濾。

所述模態裝置供氣系統中，比例閥輸出穩定的氣壓后，能保證氣罐內的平均氣壓穩定在設定值。氣缸-活塞裝置通過大口徑氣管連接到外部儲氣罐，使得儲氣罐的容積和氣缸容積相通，那么氣缸的有效容積大大增加，氣壓波動產生的影響相對就小了很多。

所述氣壓控制的硬件結構主要包括氣壓信號采集部分、數據處理器以及氣壓控制部分。整個系統是一個復雜的串級控制系統。單片機D/A輸出控制比例閥，比例閥通過A/D輸入到單片機反饋閥門狀態形成控制內環。氣壓傳感器采集氣壓信號送入到單片機，處理器經過PID運算后由D/A輸出到比例閥控制氣壓形成了外環。

所述氣壓信號采集部分主要包括氣壓傳感器、MAX485收發器以及光耦隔離電路，由氣壓傳感器將受力時產生的電壓信號經MAX485收發器轉換，再由6N137進行隔離和電平轉換，最后送入單片機。

所述氣壓控制部分主要包括模擬信號A/D輸入和D/A輸出，單片機輸出電壓信號經過運放放大送到比例閥，控制比例閥的開度，從而控制氣罐內的氣壓。同時，比例閥將閥門狀態轉換為電壓信號經運放送到單片機，形成一個閉環控制。

本發明的有益效果是：該氣動控制系統運行可靠，具有操作方便、精度高和實時性好等特點，且具有較高的推廣應用價值。

附圖說明