一种用于亚声速风洞动力段的双极对旋风机的控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于亚声速风洞动力段的双极对旋风机的控制系统,属于风洞试验技术领域，选择同步、异步的控制方法来控制两台对旋风机的变频器。变频器通过改变两极电机的工作电源频率对两极电机调速，并通过编码器将电机的转速等信息反馈，实现电机的闭环控制。两极电机通过输出轴驱动双极对旋风机的执行机构旋转，有效提高亚声速风洞内的风速，使其满足亚声速风洞在不同工况下的风速需求。足亚声速风洞在不同工况下的风速需求。足亚声速风洞在不同工况下的风速需求。

【技术实现步骤摘要】
一种用于亚声速风洞动力段的双极对旋风机的控制系统


[0001]本专利技术属于风洞试验
，具体涉及一种用于亚声速风洞动力段的双极对旋风机的控制系统。

技术介绍

[0002]亚声速风洞是试验段马赫数在0.4Ma
‑
0.8Ma之间的风洞。随着航空技术的进步，一些旋翼飞机、高空长航时无人机以及新型运输机的巡航马赫数接近0.7Ma，如果要完成这几类机型的全飞行风洞试验，则要求风洞的最大风速要不小于0.7Ma。针对亚声速风洞风速需求较高的特点，采用双极对旋风机作为风洞动力段的驱动风机，因此，需要一种用于亚声速风洞动力段的双极对旋风机的控制系统，用于保证亚声速风洞满足各工况条件下的风速需求。

技术实现思路

[0003]基于以上不足之处，本专利技术的目的是提供一种用于亚声速风洞动力段的双极对旋风机的控制系统，来满足亚声速风洞在不同工况下的风速需求，为亚声速风洞试验提供必要的试验条件。
[0004]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种用于亚声速风洞动力段的双极对旋风机的控制系统，包括上位机与PLC工控机，上位机的通讯输出端与PLC工控机的通讯输入端相连，PLC工控机的通讯输出端分别与双极对旋风机的第一变频器、第二变频器的通讯输入端相连，第一变频器通过第一编码器采集前置电机的转速值，第二变频器通过第二编码器采集后置电机的转速值，前置电机输出轴与第一级风扇叶轮的输入轴相连，后置电机的输出轴与第二级风扇叶轮的输入轴相连；PLC工控机接收上位机的控制命令，分别控制第一变频器和第二变频器，第一变频器对前置电机调速，第二变频器对后置电机调速，第一编码器将前置电机的转速值反馈给第一变频器，第二编码器将后置电机的转速值反馈给第二变频器，PLC工控机对前置电机和后置电机进行如下控制：将给定风速值的50%分别转换成前置电机和后置电机给定风速，并将给定风速发送给两组变频器，从而控制前置电机、后置电机旋转，在亚声速风洞内设置差压传感器，用于测量亚声速风洞稳定段的总压和试验段的静压，通过计算得到亚声速风洞试验段的实际风速并反馈给PLC工控机，从而判断实际风速是否与给定风速相同，在PLC工控机中建立PID控制器，通过PID控制器调节前置电机，具体调节方式如下：
[0005]k时刻，实际风速v(k)与给定风速s(k)的偏差量e(k)的值为：
[0006][0007]k+1时刻偏差量e(k+1)的值为：
[0008][0009]则k时刻与k+1时刻的偏差量之间的误差Δe(k)为：
[0010][0011]通过下面的PID控制公式对前置电机进行调节，使得实际风速尽快达到给定风速，逐步消除偏差量：
[0012][0013]其中，t为采样时间, e(j)代表第j时刻的偏差量，通过不断调节比例调节系数K
P
、积分调节系数K
i
和微分调节系数K
d
，来不断的提高系统的调节精度，使得偏差量e(k)小于给定风速的0.1%。
[0014]进一步的，调节完前置电机后，再通过差压传感器测量实际风速与给定风速进行比较，若偏差量e(k)仍大于给定风速的0.1%，则在建立的PID控制器的基础上，根据不同的偏差量对PID参数进行自整定，具体的控制方式为：预设一个偏差量的极大值e(k)
max
以及一个极小值e(k)
min
；
[0015]当偏差量e(k)> e(k)
max
时，说明系统的偏差量过大，将给定风速设置成双极对旋风机的最大风速，使得偏差量在最快的时间内被消除；
[0016]当偏差量e(k)
min
<e(k)<e(k)
max
时，偏差量变化率为e(k)
×
Δe(k)，且e(k)
×
Δe(k)>0，说明系统正在朝着偏差量增大的方向变化，为了消除偏差量，需要改变误差Δe(k)变化趋势，继续调节比例调节系数K
P
、积分调节系数K
i
和微分调节系数K
d
，使得偏差变化率e(k)
×
Δe(k)≤0，从而逐渐消除偏差，
[0017]当偏差量e(k)<e(k)
min
时，说明系统的偏差很小，只需调节比例调节系数K
P
和积分调节系数K
i
，采用的公式如下：
[0018]。
[0019]本专利技术还可以采用另外一种控制方法：首先前置电机按照上位机给定的转速开始转动，前置电机开始转动后，后置电机按照PLC工控机内设置的加速度值加速转动，追踪前置电机的转速；当前置电机的转速与后置电机的转速达到一致时，在PLC工控机中分别建立前置电机和后置电机的PID控制器，通过差压传感器测量亚声速风洞稳定段的总压和试验段的静压，从而计算出k时刻的实际风速v(k)与给定风速s(k)之间的偏差量e(k)，由于前置电机与后置电机在运行过程中需保证转速相同，所以在控制时将偏差量e(k)/2作为前置电机的偏差量代入前置电机的PID控制器中，将偏差量e(k)/2作为后置电机的偏差量代入后置电机的PID控制器中，同时对前置电机和后置电机进行PID控制以消除偏差量e(k)：
[0020][0021]其中，v1(k)为前置电机产生的风速，v2(k)为后置电机产生的风速，K
1p
、K
1i
、K
1d
分别为前置电机的PID控制器的比例调节系数、积分调节系数、微分调节系数，K
2p
、K
2i
、K
2d
分别为后置电机的PID控制器的比例调节系数、积分调节系数、微分调节系数，t为采样时间，通过不断调节前置电机和后置电机的PID调节系数来不断的提高系统的调节精度，使得偏差量e(k)小于给定风速的0.1%。
[0022]进一步的，调节完前置电机和后置电机后，再通过差压传感器测量实际风速v(k)与给定风速s(k)进行比较，如果两者风速偏差量e(k)仍大于给定风速的0.1%，则在建立的PID控制器的基础上，根据不同的偏差量对PID参数进行自整定，具体的控制方式为，对前置电机预设一个偏差量的极大值e(k)
max
'以及一个极小值e(k)
min
'；
[0023]当前置电机的偏差量e(k)/2＞e(k)
max
'时，说明系统的偏差量过大，将给定风速设置成双极对旋风机的最大风速，使得偏差在最快的时间内被消除；
[0024]当前置电机的偏差量e(k)
min
'< e(k)/2< e(k)
max
'，偏差变化率为e(k)/2
×
Δe(k)/2，且e(k)/2
×
Δe(k)/2>0，说明系统正在朝着本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于亚声速风洞动力段的双极对旋风机的控制系统，包括上位机（1）与PLC工控机（2），PLC工控机（2）接收上位机（1）的控制命令，分别控制第一变频器（3
‑
1）和第二变频器（3
‑
2），第一变频器（3
‑
1）对前置电机（4
‑
1）调速，第二变频器（3
‑
2）对后置电机（4
‑
2）调速，第一编码器（5
‑
1）将前置电机（4
‑
1）的转速值反馈给第一变频器（3
‑
1），第二编码器（5
‑
2）将后置电机（4
‑
2）的转速值反馈给第二变频器（3
‑
2），其特征在于，PLC工控机（2）对前置电机（4
‑
1）和后置电机（4
‑
2）进行如下控制：将给定风速值的50%分别转换成前置电机（4
‑
1）和后置电机（4
‑
2）给定风速，并将给定风速发送给两组变频器，从而控制前置电机（4
‑
1）、后置电机（4
‑
2）旋转，在亚声速风洞内设置差压传感器（7），用于测量亚声速风洞稳定段的总压和试验段的静压，通过计算得到亚声速风洞试验段的实际风速并反馈给PLC工控机（2），从而判断实际风速是否与给定风速相同，在PLC工控机（2）中建立PID控制器，通过PID控制器调节前置电机（4
‑
1），具体调节方式如下：k时刻，实际风速v(k)与给定风速s(k)的偏差量e(k)的值为：k+1时刻偏差量e(k+1)的值为：则k时刻与k+1时刻的偏差量之间的误差Δe(k)为：通过下面的PID控制公式对前置电机（4
‑
1）进行调节，使得实际风速尽快达到给定风速，逐步消除偏差量：其中，t为采样时间, e(j)代表第j时刻的偏差量，通过不断调节比例调节系数K
P
、积分调节系数K
i
和微分调节系数K
d
，来不断的提高系统的调节精度，使得偏差量e(k)小于给定风速的0.1%。2.根据权利要求1所述的一种用于亚声速风洞动力段的双极对旋风机的控制系统，其特征在于：调节完前置电机（4
‑
1）后，再通过差压传感器（7）测量实际风速与给定风速进行比较，若偏差量e(k)仍大于给定风速的0.1%，则在建立的PID控制器的基础上，根据不同的偏差量对PID参数进行自整定，具体的控制方式为：预设一个偏差量的极大值e(k)
max
以及一个极小值e(k)
min
；当偏差量e(k)> e(k)
max
时，说明系统的偏差量过大，将给定风速设置成双极对旋风机的最大风速，使得偏差量在最快的时间内被消除；当偏差量e(k)
min
<e(k)<e(k)
max
时，偏差量变化率为e(k)
×
Δe(k)，且e(k)
×
Δe(k)>0，说明系统正在朝着偏差量增大的方向变化，为了消除偏差量，需要改变误差Δe(k)变化趋势，继续调节比例调节系数K
P
、积分调节系数K
i
和微分调节系数K
d
，使得偏差变化率e(k)
×
Δe(k)≤0，从而逐渐消除偏差，当偏差量e(k)<e(k)
min
时，说明系统的偏差很小，只需调节比例调节系数K
P
和积分调节系数K
i
，采用的公式如下：
。3.根据权利要求1所述的一种用于亚声速风洞动力段的双极对旋风机的控制系统，其特征在于，PLC工控机（2）对前置电机（4
‑
1）和后置电机（4
‑
2）或采用如下控制方法：首先前置电机（4
‑
1）按照上位机（1）给定的转速开始转动，前置电机（4
‑
1）开始转动后，后置电机（4
‑
2）按照PLC工控机（2）内设置的加速度值加速转动，追踪前置电机（4
‑
1）的转速；当前置电机（4
‑
1）的转速与后置电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕一仟，张旭超，徐越，杨光，单永正，曹阳，张石雨，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：