[發明專利]風洞捕獲軌跡試驗并聯機構電機控制方案確定方法及系統

在審

• 申請號: 202211559640.7
• 申請日: 2022-12-06
• 公開（公告）號: CN115826411A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 尼文斌;董金剛;魏忠武;謝峰
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京八月瓜知識產權代理有限公司 11543
• 代理人: 陳贏

本說明書實施例提供了一種風洞捕獲軌跡試驗并聯機構電機控制方案確定方法，該方法包括建立風洞捕獲軌跡試驗并聯機構坐標系，根據動平臺機械結構尺寸，確定各動胡克鉸中心點在動平臺坐標系下和靜平臺坐標系下的坐標，確定外掛物靜平臺坐標系下的目標位姿，通過空間兩點距離計算確定靜胡克鉸中心點的位移，通過比例運算求電機位移；根據外掛物所需位移速度和歐拉角速度，求解各電機運行速度；通過拉格朗日算法計算各電機輸出力；根據獲得的各電機位移、運行速度和輸出力，決策控制CTS并聯機構方案，實現控制外掛物模型在風洞中的運動。本發明不僅有效解決了并聯機構的多解問題，提高了方法的確定度，而且顯著提高了計算速度。

技術領域

本發明件涉及風洞特種試驗技術領域，尤其涉及一種風洞捕獲軌跡試驗并聯機構電機控制方案確定方法及系統。

背景技術

風洞捕獲軌跡試驗(Captive Trajectory Simulation,CTS)是一種風洞特種試驗技術，主要是研究外掛物從載機分離初始階段的運動軌跡，模擬外掛物脫離載機之后的位置和姿態(X，Y，Z，俯仰，滾轉，偏航)，為外掛物在載機上的合理布局和安全分離提供必要的試驗依據。

風洞捕獲軌跡試驗流程為：外掛物當前位姿在風洞中受到的氣動力參數可以由天平測量系統獲得，依據當前外掛物受到的氣動力參數以及當前的風洞狀態參數，由飛行力學公式可以計算外掛物下一時刻的目標位姿，控制系統依據外掛物當前位姿和目標位姿規劃運動軌跡以及運動速度，控制支撐機構運動，間接控制外掛物運動到下一時刻的目標位姿，然后天平系統測量當前位姿的氣動力參數，如此循環往復，直到外掛物安全分離載機或達到其他人為設定的試驗終止條件，最后結束本次風洞試驗。

縱觀國內外CTS試驗技術發展模式，從控制方式角度分析：一般是先研究基于運動學的CTS位置控制，比如20世紀70年代左右，國內CTS研究初期，中國空氣動力研究與發展中心(CARDC)2.4m風洞，中國航空工業空氣動力研究院(CARIA)FL-2風洞。但隨著CTS試驗需求的提升，位置控制方式試驗效率、運動軌跡模擬等指標滿足不了飛行器試驗需求，國內外又相繼開展基于動力學的CTS速度控制，比如以色列飛機工業公司(IAI)的4ft暫沖式高速風洞、國內中國空氣動力研究與發展中心(CARDC)2m超聲速風洞等。

從CTS支撐機構機械結構角度分析：國內外風洞模擬外掛物運動的自由度數量可能不足六個,自由度之間可能存在耦合關系,某一自由度會限制另一個自由度的試驗范圍等,比如70年代，英國ARA的五自由度CTS支撐系統(X，Y，Z，滾轉，偏航)，不能實現俯仰角與其他自由度同時變化的試驗；法國莫當風洞只能實現四自由度(X，俯仰，偏航，滾轉)的CTS試驗等。國內風洞由于起步稍晚，基本均可以實現六自由度運行，比如中國航天空氣動力技術研究院(CAAA)的FD-12風洞，中國空氣動力研究與發展中心(CARDC)的2m超聲速風洞，中國航空工業空氣動力研究院(CARIA)的FL-2風洞等。

風洞CTS支撐機構的結構形式多種多樣不盡相同，有串聯式結構、并聯式結構、串并混合式結構,其結構形式一般由風洞自身特性和任務需求決定。其中串聯式、串并混合式因其控制簡單、易實現等特點成為多數風洞的首選，國內外已發表文獻所提及的CTS支撐機構，采用純并聯式結構的并不多，并聯機構相對于串聯機構，存在固有的優勢，比如高剛度、高承載能力、結構緊湊、運動慣性小、無累積誤差等，這些特性用于風洞試驗，可以降低風洞阻塞比，提高風洞試驗效率，提高風洞試驗數據精準性等。并聯機構存在眾多優點但仍然很少被采納，主要在于控制系統復雜，所涉及的并聯機構驅動電機參數計算方法不夠系統全面、確定度不高，控制精度以及控制時效性無法滿足風洞捕獲軌跡試驗的需求。

發明內容

本說明書一個或多個實施例提供了風洞捕獲軌跡試驗并聯機構電機控制方案確定方法，所述風洞捕獲軌跡試驗并聯機構包括靜平臺，通過六條支鏈與環形動平臺連接，靜平臺包括分別通過六臺電機驅動的六條滾珠絲杠，各滾珠絲杠上設置滑塊；各支鏈一端通過靜胡克鉸與滑塊連接，另一端通過動滾轉副和動胡克鉸與動平臺連接，且六個動胡克鉸等間距間隔分布在動平臺圓周上，動平臺與外掛物模型固定連接；包括以下步驟：