[發明專利]一種高超聲速風洞協同控制與仿真裝置及控制方法

在審

• 申請號: 202110497545.8
• 申請日: 2021-05-08
• 公開（公告）號: CN112985747A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 王南天;馬曉宇;鄒瓊芬;許曉斌;趙健;侯峰偉;張林;邢彥昌;楊方奎;崔煒棟;呂超
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心超高速空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/04
• 分類號: G01M9/04;G05B17/02;G05D16/20
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 王丹

本發明公開了一種高超聲速風洞協同控制與仿真裝置及控制方法。該仿真裝置包括輸入模塊、輸入緩存、基本控制模塊、高速控制模塊、輸出緩存、輸出模塊和仿真模塊。該控制方法針對高超聲速風洞對流場的高品質要求而常規PLC控制器計算能力不強、難以引入計算量較大的現代控制算法的不足，提出利用高速處理器進行協同控制，能夠在保證安全的前提下執行復雜的控制算法，同時引入風洞仿真功能，避免風洞研制、復雜算法調試過程或者轉換風洞狀態時直接進行風洞設備控制帶來的安全風險，降低建設運行成本。

技術領域

本發明屬于高超聲速風洞控制與試驗領域，具體涉及一種高超聲速風洞協同控制與仿真裝置及控制方法。

背景技術

總壓（噴管前穩定段的壓力）是高超聲速風洞試驗中最重要的控制參數之一，且控制精度一般要求優于1%，目前常用經典的PID控制算法實現風洞的總壓控制。風洞運行時間一般為數十秒，為了降低成本，需要盡快建立流場并將流場穩定在目標總壓。

由于風洞是個大延遲系統，常規的PID控制仍然有優化的空間，可以引入現代控制理論優化控制效果。現代控制理論計算量較大，PLC面向穩定性，運算能力有限，難以滿足計算要求。同時，新算法測試過程中，存在不確定性，直接驅動風洞設備存在較大的安全隱患。

因此，亟需發展一種高超聲速風洞協同控制與仿真裝置及控制方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種高超聲速風洞協同控制與仿真裝置及控制方法。

本發明的高超聲速風洞協同控制與仿真裝置，其特點是，所述的協同控制與仿真裝置包括按照數據流動方向順序排布的輸入模塊、輸入緩存、基本控制模塊、輸出緩存和輸出模塊；輸入緩存與輸出緩存之間設置有高速控制模塊；輸出緩存與輸入緩存之間還設置有仿真模塊；

輸入模塊用于獲取傳感器和被控對象的狀態，輸入緩存用于臨時存放基本控制模塊和高速控制模塊的輸入數據，基本控制模塊用于風洞的基本控制與安全連鎖，高速控制模塊用于實現復雜的控制算法，輸出緩存用于臨時存放輸出模塊的輸出值，輸出模塊用于輸出控制信號驅動被控對象對風洞流場進行控制，仿真模塊用于模擬傳感器、被控對象。

本發明的高超聲速風洞協同控制與仿真裝置的控制方法包括以下步驟：

步驟1：設置系統基本參數：包括控制目標，是否為仿真模式，是否啟用協同控制模式，輸出模塊的輸出初始值、仿真模塊的輸出初始值；

步驟2：輸入模塊獲取傳感器和被控對象的狀態，存放到輸入緩存；

步驟3：如果啟用仿真模式，則用仿真模塊的輸出更新輸入緩存，否則直接轉下一步驟；

步驟4：基本控制模塊基于輸入緩存中的數據，執行基本的風洞控制算法，得到控制量輸出到輸出緩存；高速控制模塊也基于輸入緩存中的數據，同時執行復雜控制算法，得到控制量；

步驟5：如果啟用協同控制模式，則利用高速控制模塊得到的控制量更新輸出緩存；否則，轉下一步驟；

步驟6：將輸出緩沖中的數據發送到仿真模塊，仿真模塊執行一次仿真運算，得到被控對象和傳感器等的模擬輸出；如果沒有啟動仿真模式，則同時將輸出緩存中的數據發送到輸出模塊，直接驅動風洞上的被控對象，執行真實的風洞控制；

步驟7：等到下一控制周期時間到，轉步驟2。

本發明的高超聲速風洞協同控制與仿真裝置及控制方法，能夠在保證安全的前提下執行復雜的控制算法，降低安全風險與建設運行成本。

附圖說明

圖1為本發明的高超聲速風洞協同控制與仿真裝置示意圖。

圖中：1.輸入模塊 2.輸入緩存 3.基本控制模塊 4.高速控制模塊 5.輸出緩存 6.輸出模塊 7.仿真模塊。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例詳細說明本發明。