一种基于虚拟阀位解算的暂冲式高速风洞调压阀安全控制装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于虚拟阀位解算的暂冲式高速风洞调压阀安全控制装置及控制方法，包括：风洞，其前端安装有气源压力传感器，风洞稳定段安装有稳定段压力传感器；控制器，其通过电缆连接有高频响阀，高频响阀安装在液压阀组上；伺服油缸，液压阀组通过液压管与伺服油缸的无杆腔和有杆腔相接，且伺服油缸固定连接有调压阀，伺服油缸和调压阀位于风洞内部；伺服油缸内部安装有内置位置传感器，调压阀的阀体上安装有外置位置传感器，且内置位置传感器、外置位置传感器、气源压力传感器和稳定段压力传感器分别通过电缆与控制器相接。本发明专利技术的控制方法可虚拟出调压阀的具体位置，实现调压阀位置控制，避免因调压阀失控带来安全事故。故。故。

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟阀位解算的暂冲式高速风洞调压阀安全控制装置及控制方法


[0001]本专利技术属于暂冲式高速风洞控制
，更具体地说，本专利技术涉及一 种基于虚拟阀位解算的暂冲式高速风洞调压阀安全控制装置及控制方法。

技术介绍

[0002]目前，随着先进飞行器研制的提速发展，为了满足型号研制的需求，对 风洞流场品质要求越来越高。在高速风洞领域，为了提高风洞流场品质，通 常采用大收缩比的稳定段的设计方案。该设计方案的优势可以有效提高风洞 湍流度指标，对准确模拟飞行器表面转捩位置和气流分离有较大益处。但是 缺陷是显著增大了稳定段的容积，使得通过进气管道进入稳定段的气体存在 明显的迟滞效应，较大程度的影响了该类风洞的总压控制精度。由于迟滞效 应的影响，传统基于稳定段压力反馈的总压闭环控制策略很难在较短的控制 周期内消除该迟滞效应，实现总压的快速精确闭环控制，只能增加控制周期， 增加调节时长来实现总压的闭环控制。如此一来，一是显著增加的风洞总压 控制时间，增大的风洞能源消耗，不利于提高风洞试验效率；二是对控制参 数的调试和整定要求很高，如果参数匹配不好，容易造成总压控制震荡和发 散，超声速时极易引起超声速流场的破坏，造成正激波回退，使得试验模型 出现较大幅度的振动，严重时，风洞设备和试验模型都存在巨大的安全风险。 为了解决总压大滞后的问题，在控制逻辑上采用了基于调压阀位置闭环控制 的总压控制策略，该控制策略的优势是在压力迟滞效应严重的启动阶段采用 调压阀大开度，实现稳定段气体的快速充压需求，满足高开切换点后，调压 阀迅速采用低开度，实现稳定段启动过充气体的快速排放，满足低开切换点 后，调压阀迅速转入稳态闭环控制。采用该方法很好的解决了压力迟滞的问 题。但是该方法的缺点是必须高度依赖调压阀的实时阀门位置反馈。如果调 压阀位置传感器出现故障，整个阀门将失控且最终调压阀将处于全开状态。 当出现该故障时极易使得风洞稳定段超压过载，虽然可以通过稳定段的电接 点压力表实现快速阀的关闭，但是在调压阀失控过程中，对风洞内构件和试 验模型将带来成倍的载荷冲击，安全风险异常突出。目前针对该问题，还未 发现在技术上有较为成熟的解决方案。

技术实现思路

[0003]本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说 明的优点。
[0004]为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种基于虚拟阀位 解算的暂冲式高速风洞调压阀安全控制装置，包括：
[0005]风洞，其前端安装有气源压力传感器，风洞稳定段安装有稳定段压力传 感器；
[0006]控制器，其通过电缆连接有高频响阀，所述高频响阀安装在液压阀组上； 伺服油缸，所述液压阀组通过液压管与伺服油缸的无杆腔和有杆腔相接，且 所述伺服油缸固定连
接有调压阀，所述伺服油缸和调压阀位于风洞内部；
[0007]所述伺服油缸内部安装有内置位置传感器，所述调压阀的阀体上安装有 外置位置传感器，且所述内置位置传感器、外置位置传感器、气源压力传感 器和稳定段压力传感器分别通过电缆与控制器相接。
[0008]优选的是，其中，所述高频响阀根据控制器输出的电流大小驱动伺服油 缸运动，伺服油缸推动调压阀运动，从而实现调压阀运动控制；内置位置传 感器和外置位置传感器正常状态下负责完成调压阀位置反馈，当内置位置传 感器和外置位置传感器出现故障时，控制器立即将反馈切换到虚拟阀位解算 算法回路，根据气源压力传感器和稳定段压力传感器分别实时测量的气源压 力和风洞稳定段压力实时计算获得压比条件下，虚拟出调压阀的具体位置， 并依托该位置，实现风洞总压的闭环控制。
[0009]一种基于虚拟阀位解算的暂冲式高速风洞调压阀安全控制装置的控制方 法，包括以下步骤：
[0010]步骤一、给定试验条件，包括：风洞洞体条件、马赫数M
i
、稳定段压力 P
01
和稳定段压力误差dP；
[0011]步骤二、根据气源压力传感器实时测量的气源压力P
A
和稳定段压力P
01
， 计算出调压阀高开位置开度S
g1
；这里，在系统调试完后，通过查表可以得到 调压阀位置开度S
g1
；
[0012]步骤三、开始试验，控制器进行基于调压阀阀门位置闭环控制的稳定段 压力P
01
闭环压力控制；
[0013]步骤四、实时检测内置位置传感器和外置位置传感器，如果内置外置传 感器正常，则继续使用内置位置传感器接入位置反馈回路参与调压阀位置控 制；
[0014]步骤五、如果内置位置传感器出现异常而外置位置传感器工作正常，则 断开内置位置传感器传输给控制器的反馈信号，将外置位置传感器接入位置 反馈回路参与调压阀位置控制；
[0015]步骤六、如果内置位置传感器和外置位置传感器均出现异常，则断开内 置位置传感器和外置位置传感器传输给控制器的反馈信号，控制器直接切换 到基于虚拟阀位解算的调压阀阀位安全控制策略；根据气源压力传感器测量 的气源压力P
A
和给定的稳定段压力P
01
实时计算压比ε1，计算方法为： ε1＝P
01
/P
A
；
[0016]步骤七、根据气源压力传感器测量的P
A
和实时风洞稳定段压力P
02
计算压 比ε2，计算方法为：ε2＝P
02
/P
A
；
[0017]步骤八、根据风洞调试数据获得的调压阀阀门位置与压比的函数关系， 将ε1和ε2分别代入，反算求解获得调压阀实时目标开度S
g
和当前实际开度S
r
；
[0018]步骤九、根据对应的需要调节的调压阀相对位置变化Δs＝s
g
‑
s
r
，经过 Δi＝k
p
Δs算法调节获得输出控制信号Δi；
[0019]步骤十、控制器根据ΔS输出控制信号Δi至高频响应阀，调节调压阀位置；
[0020]步骤十一、如此往复循环步骤六～步骤十，进行风洞稳定段压力闭环控制， 当|ΔP0＝P
02
‑
P
01
|≤k
·
dP时，执行关车流程，其中1≤k＜2。
[0021]优选的是，其中，所述步骤八中调压阀阀门位置与压比的函数关系为 ε＝f(λ
wi
,λ
2i
,ξ
i
,s)，ε＝f(λ
wi
,λ
2i
,ξ
i
,s)的具体表达式如下：
[0022][0023][0024][0025]其中，λ
wi
为马赫数M
i
对应的阀门前速度关系；λ
2i
为马赫数M
i
对应的阀 门后速度关系；ξ
i
为马赫数M
i本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟阀位解算的暂冲式高速风洞调压阀安全控制装置，其特征在于，包括：风洞，其前端安装有气源压力传感器，风洞稳定段安装有稳定段压力传感器；控制器，其通过电缆连接有高频响阀，所述高频响阀安装在液压阀组上；伺服油缸，所述液压阀组通过液压管与伺服油缸的无杆腔和有杆腔相接，且所述伺服油缸固定连接有调压阀，所述伺服油缸和调压阀位于风洞内部；所述伺服油缸内部安装有内置位置传感器，所述调压阀的阀体上安装有外置位置传感器，且所述内置位置传感器、外置位置传感器、气源压力传感器和稳定段压力传感器分别通过电缆与控制器相接。2.如权利要求1所述的基于虚拟阀位解算的暂冲式高速风洞调压阀安全控制装置，其特征在于，其工作原理为：所述高频响阀根据控制器输出的电流大小驱动伺服油缸运动，伺服油缸推动调压阀运动，从而实现调压阀运动控制；内置位置传感器和外置位置传感器正常状态下负责完成调压阀位置反馈，当内置位置传感器和外置位置传感器出现故障时，控制器立即将反馈切换到虚拟阀位解算算法回路，根据气源压力传感器和稳定段压力传感器分别实时测量的气源压力和风洞稳定段压力实时计算获得压比条件下，虚拟出调压阀的具体位置，并依托该位置，实现风洞总压的闭环控制。3.一种如权利要求1～2任一项所述的基于虚拟阀位解算的暂冲式高速风洞调压阀安全控制装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、给定试验条件，包括：风洞洞体条件、马赫数M
i
、稳定段压力P
01
和稳定段压力误差dP；步骤二、根据气源压力传感器实时测量的气源压力P
A
和稳定段压力P
01
，计算出调压阀高开位置开度S
g1
；步骤三、开始试验，控制器进行基于调压阀阀门位置闭环控制的稳定段压力P
01
闭环压力控制；步骤四、实时检测内置位置传感器和外置位置传感器，如果内置外置传感器正常，则继续使用内置位置传感器接入位置反馈回路参与调压阀位置控制；步骤五、如果内置位置传感器出现异常而外置位置传感器工作正常，则断开内置位置传感器传输给控制器的反馈信号，将外置位置传感器接入位置反馈回路参与调压阀位置控制；步骤六、如果内置位置传感器和外置位置传感器均出现异常，则断开内置位置传感器和外置位置传感器传输给控制器的反馈信号，控制器直接切换到基于虚拟阀位解算的调压阀阀位安全控制策略；根据气源压力传感器测量的气源压力P
A
和给定的稳定段压力P
01
实时计算压比ε1，计算方法为：ε1＝P
01
/P
A
；步骤七、根据气源压力传感器测量的P
A
和实时风洞稳定段压力P
02
计算压比ε2，计算方法为：ε2＝P
02
/P
A
；步骤八、根据风洞调试数据获得的调压阀阀门位置与压比的函数关系，将ε1和ε2分别代入，反算求解获得调压阀实时目标开度S
g
和当前实际开...

【专利技术属性】
技术研发人员：阎成，熊波，徐来武，唐子奇，陈海峰，马列波，秦建华，高鹏，张胜，祖孝勇，徐鸣阳，王亮，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：