[发明专利]一种用于连续风洞试验的姿态角精确控制系统及方法

说明书

一种用于连续风洞试验的姿态角精确控制系统及方法，属于航空气动力风洞试验技术领域。为解决连续式风洞吹风试验时姿态角精确控制问题。本发明包括中央控制单元、天平采集及解算单元、姿态角控制单元，所述中央控制单元、天平采集及解算单元、姿态角控制单元通过工业以太网进行连接，所述天平采集及解算单元连接天平，所述姿态角控制单元连接模型姿态角的电机；所述中央控制单元用于控制子系统之间的动作协调；所述天平采集及解算单元用于测力试验的天平应变、天平体温度的数据采集和处理；所述姿态角控制单元用于对模型姿态角的电机进行同步控制。本发明实现模型实时姿态角与目标值准度控制在0.03度以内。

技术领域

本发明属于航空气动力风洞试验技术领域，具体涉及一种用于连续风洞试验的姿态角精确控制系统及方法。

背景技术

连续式风洞试验作为一种空气动力学方向研究广泛采用的手段，为航空、航天、汽车、建筑等领域的发展提供必要的技术保障。风洞姿态角的精确控制是保证试验精准度的重要组成部分，该部分直接影响到风洞试验数据的精准性。其主要功能为采集风洞的天平应变信号并进行数据迭代计算，得到当前状态模型的弹性角以及预置目标值，并通过位姿调整，消除弹性角的影响，使模型的实际角度与给定目标值保持在一定误差带范围内。

姿态角精确控制方式是优于传统开环控制姿态角方式的一种风洞试验方式，模型姿态角控制精准度高，消除了气动数据二次插值非线性带来的偏差问题。但姿态角精确控制方式在试验过程中也存在一定的限制，如弹性角修正需要动态调整位姿，每个角度值需要调整3~5次，会延长每个车次的时间。某风洞姿态角控制方法主要应用电机编码器作为反馈单元，执行的为开环控制，即按照安装在弯刀机构上的编码器作为控制量，而风洞试验时由于模型受风载荷导致模型会在给定目标值的基础上叠加一个弹性角影响，导致最终得到的模型角度与目标值存在一定的偏差。

发明内容

本发明是针对风洞试验需求而设计的一种用于连续风洞试验的姿态角精确控制系统及方法，目的是解决连续式风洞吹风试验时的姿态角精确控制问题。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种用于连续风洞试验的姿态角精确控制系统，包括中央控制单元、天平采集及解算单元、姿态角控制单元，所述中央控制单元、天平采集及解算单元、姿态角控制单元通过工业以太网进行连接，所述天平采集及解算单元连接天平，所述姿态角控制单元连接模型姿态角的电机；

所述中央控制单元用于控制子系统之间的动作协调；

所述天平采集及解算单元用于测力试验的天平应变、天平体温度的数据采集和处理；

所述姿态角控制单元用于对模型姿态角的电机进行同步控制。

进一步的，所述天平采集及解算单元为基于PXI总线的风洞数据采集系统，包括采集与处理模块、角度解算模块。

进一步的，所述姿态角控制单元为基于PLC的集成运动控制器，包括到位判断模块、微调模块。

进一步的，所述中央控制单元为风洞主控系统，包括姿态角解算模块、流程控制模块。

一种用于连续风洞试验的姿态角精确控制方法，包括如下步骤：

步骤一、中央控制单元对姿态角进行解算，变成模型轴的机构角度，并发送给各个子系统；

步骤二、姿态角控制单元进行模型姿态角调整；

步骤三、天平采集及解算单元对模型运动过程中的应变数据进行实时采集和处理；

步骤四、天平采集及解算单元对模型受力以及补偿角度数据进行计算；

步骤五、姿态角控制单元对当前的模型角度进行判断，是否满足误差带要求，若不满足要求则根据计算得到的补偿角度进行微调，不断重复步骤三~步骤五，最终使模型的实际角度与给定目标值保持在一定误差带范围内。