[發(fā)明專利]一種用于低氧環(huán)境試驗(yàn)的控制系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711290166.1
• 申請(qǐng)日: 2017-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN107861548A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高飛;尹濤;李紅;楊志鵬;侯京鋒;劉玥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京強(qiáng)度環(huán)境研究所;天津航天瑞萊科技有限公司
• 主分類號(hào): G05D27/02
• 分類號(hào): G05D27/02;B64F5/60;B64G7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于低氧環(huán)境試驗(yàn)的控制系統(tǒng)，屬于環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)

飛行器在飛行過程中會(huì)面臨低氧、高溫、振動(dòng)等所產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲，復(fù)雜的周圍環(huán)境會(huì)引起飛行器結(jié)構(gòu)特性的變化，最終可能導(dǎo)致飛行器結(jié)構(gòu)破壞或控制失穩(wěn)，從而引起飛行器的飛行失利。隨著我國(guó)航空航天行業(yè)的飛速發(fā)展，綜合環(huán)境試驗(yàn)已越來越廣泛的應(yīng)用于飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星以及其它高性能飛行器環(huán)境試驗(yàn)中。這其中就包括對(duì)低氧環(huán)境試驗(yàn)的控制提出了更高的要求。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問題

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中提出的上述需求，本發(fā)明涉及一種用于低氧環(huán)境試驗(yàn)的控制系統(tǒng)，其采用分布式I/O架構(gòu)控制器，滿足試驗(yàn)環(huán)境壓力、氧濃度、溫度的閉環(huán)控制，并針對(duì)多環(huán)境參數(shù)控制的要求，利用多路獨(dú)立閉環(huán)控制方法，實(shí)現(xiàn)了壓力、低氧、溫度綜合環(huán)境參數(shù)的控制。

(二)技術(shù)方案

一種用于低氧環(huán)境試驗(yàn)的控制系統(tǒng)，包括操作計(jì)算機(jī)、控制器、控制回路、傳感器；所述控制器包括控制器主站、控制器從站、從站擴(kuò)展模塊；所述控制回路包括供氣壓力控制回路、水浴汽化器控制回路、加熱模塊冷卻控制回路、壓力控制回路、溫度控制回路、氧濃度控制回路；所述傳感器包括環(huán)境氧濃度傳感器、環(huán)境溫度傳感器、環(huán)境壓力傳感器；操作計(jì)算機(jī)與控制器主站之間通過以太網(wǎng)通訊，控制器主站與控制器從站之間通過以太網(wǎng)通訊，控制器從站與從站擴(kuò)展模塊之間通過接口模塊通訊；操作計(jì)算機(jī)對(duì)控制器主站發(fā)送試驗(yàn)參數(shù)并接收控制器主站發(fā)送的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)保存至操作計(jì)算機(jī)的硬盤內(nèi)；控制器主站直接控制供氣壓力控制回路和水浴汽化器控制回路，控制器從站直接控制加熱模塊冷卻控制回路、壓力控制回路、溫度控制回路、氧濃度控制回路，并接收壓力傳感器和一部分溫度傳感器的反饋；從站擴(kuò)展模塊接收氧濃度傳感器和另一部分溫度傳感器的反饋。

其中，供氣壓力控制回路包括系統(tǒng)增壓閉環(huán)控制和供氣管路壓力閉環(huán)控制兩部分；通過向低溫液氮儲(chǔ)槽內(nèi)通入氮?dú)鈱?shí)現(xiàn)系統(tǒng)增壓，低溫液氮儲(chǔ)槽配有低溫液氮儲(chǔ)槽壓力傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)低溫液氮儲(chǔ)槽內(nèi)的壓力，并將壓力信號(hào)發(fā)送至控制器主站，通過閉環(huán)控制算法計(jì)算控制量，并將控制信號(hào)發(fā)送至氮?dú)饬髁空{(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)通入低溫液氮儲(chǔ)槽內(nèi)的氮?dú)饬浚瑢?shí)現(xiàn)系統(tǒng)增壓閉環(huán)控制；氮?dú)馔ㄈ氲墓苈飞习惭b的氮?dú)夤苈穳毫鞲衅饔糜诒O(jiān)測(cè)管路內(nèi)的氮?dú)鈮毫Γ刂破髦髡靖鶕?jù)氮?dú)夤苈穳毫鞲衅鞣答伒膲毫χ担瑢?shí)時(shí)調(diào)節(jié)管路節(jié)流裝置，達(dá)到供氣管路壓力閉環(huán)控制。

其中，水浴汽化器溫度控制回路用于調(diào)節(jié)水浴汽化器內(nèi)換熱介質(zhì)溫度，水浴汽化器內(nèi)安裝的水浴汽化器溫度傳感器用于監(jiān)測(cè)水浴汽化器內(nèi)換熱介質(zhì)溫度，并反饋至控制器主站，經(jīng)過閉環(huán)控制算法計(jì)算后，控制器主站發(fā)送控制信號(hào)至水浴汽化器功率調(diào)節(jié)器，控制加熱功率，當(dāng)水浴汽化器內(nèi)換熱介質(zhì)溫度達(dá)到目標(biāo)溫度后，停止加熱。

其中，加熱模塊冷卻控制回路用于控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)通入加熱模塊的氮?dú)饬浚玫獨(dú)鉄峤粨Q，將試驗(yàn)過程中的加熱模塊進(jìn)行冷卻；每路氮?dú)馀溆欣鋮s用氮?dú)鈮毫鞲衅鳎鋮s用氮?dú)鈮毫鞲衅鲗⒐苈穬?nèi)的壓力以模擬信號(hào)的形式反饋至控制器從站，經(jīng)控制器從站轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后，通過以太網(wǎng)發(fā)送至控制器主站進(jìn)行閉環(huán)控制運(yùn)算，計(jì)算得出的控制量再經(jīng)以太網(wǎng)發(fā)送至控制器從站，控制器從站發(fā)送控制信號(hào)至電動(dòng)調(diào)節(jié)閥以調(diào)節(jié)閥門開度，實(shí)現(xiàn)管路穩(wěn)定壓力的功能。

其中，壓力控制回路實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)環(huán)境壓力閉環(huán)控制，試驗(yàn)環(huán)境四周布置多個(gè)環(huán)境壓力傳感器，環(huán)境壓力傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)環(huán)境壓力，并反饋至控制器從站，閉環(huán)控制算法選擇以壓力最大值或壓力均值作為閉環(huán)控制反饋；控制器從站發(fā)送控制信號(hào)至環(huán)境壓力電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)通入試驗(yàn)環(huán)境內(nèi)的氮?dú)猓瑢?shí)現(xiàn)試驗(yàn)環(huán)境壓力穩(wěn)定的功能。

其中，溫度控制回路實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)環(huán)境溫度閉環(huán)控制，試驗(yàn)加熱過程中，環(huán)境溫度隨之升高，對(duì)試驗(yàn)環(huán)境內(nèi)的儀器儀表的正常工作產(chǎn)生影響，所以需保證試驗(yàn)環(huán)境溫度保持在合理范圍內(nèi)；采用低溫液氮作為冷卻介質(zhì)，試驗(yàn)環(huán)境四周布置多只環(huán)境溫度傳感器，環(huán)境溫度傳感器監(jiān)測(cè)試驗(yàn)環(huán)境溫度，并反饋至控制器從站和從站擴(kuò)展模塊，以多個(gè)溫度值的最大值作為閉環(huán)控制反饋，調(diào)節(jié)低溫液氮流量調(diào)節(jié)閥的開度，控制通入試驗(yàn)環(huán)境低溫液氮量，實(shí)現(xiàn)為試驗(yàn)環(huán)境降溫的功能。