大型高速风洞喷管型面全液压伺服驱动控制方法技术

本发明专利技术公开了一种大型高速风洞喷管型面全液压伺服驱动控制方法，涉及高速风洞电液伺服控制领域，包括：在喷管操作软件上选择目标马赫数型面Ma并设定喷管运行速度v0，喷管操作软件基于Ma进行查表，以确定每个运动轴的目标位置s

【技术实现步骤摘要】
大型高速风洞喷管型面全液压伺服驱动控制方法


[0001]本专利技术涉及高速风洞电液伺服控制领域。更具体地说，本专利技术涉及一种大型高速风洞喷管型面全液压伺服驱动控制方法。

技术介绍

[0002]喷管是高速风洞中通过改变型面几何形状以加速气流的一种设备，对风洞的流场品质具有决定性的影响，因此风洞对喷管型面的控制精度有着十分高的要求。喷管型面的驱动方式可分为伺服电机驱动、伺服电机和液压缸混合驱动、全液压伺服驱动三种方式。对于小型风洞而言，由于喷管载荷较小，通常选用伺服电机驱动。目前国内大型风洞主要采用伺服电机和液压缸混合驱动方式，即先用伺服电机实现丝杠螺母精确定位，再通过液压缸驱动喷管型面紧贴定位螺母，从而实现型面成型和锁紧。伺服电机和液压缸混合驱动方式，喷管型面更换效率低，并且在吹风试验过程中无法改变喷管型面。某大型高速风洞，为了克服风洞试验过程中喷管型面受到的近百吨的气动载荷，实现连续变马赫数功能，在国内首次采用全液压伺服驱动方式驱动喷管型面。但对应的控制系统在实时性、同步性、定位准确性、反馈信号的可靠性等方面均不能满足喷管控制要求。

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]为了实现本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种大型高速风洞喷管型面全液压伺服驱动控制方法，包括：步骤一，在喷管操作软件上选择目标马赫数型面Ma并设定喷管运行速度v0，喷管操作软件基于Ma进行查表，以确定每个运动轴的目标位置s
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20
，
……
，s
n0
，步骤二，将步骤一中得到v0和s
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……
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的值发送给多轴运动控制器，所述多轴运动控制器基于接收到的信息对各轴的运动速度进行计算分配；步骤三，所述多轴运动控制器将各轴的目标位置和运动速度发送给相应的伺服控制单元，以通过位置闭环调节比例伺服阀开度，使各轴做相应的运动以控制喷管型面按要求变化；其中，在步骤三中，对存在位置约束问题的轴采用位置与力的复合控制；所述复合控制是将位置闭环控制的轴作为复合控制的主轴，力闭环控制的轴作为复合控制的从轴，从轴的以主轴液压油缸所受的载荷为力的控制目标，即：F=P
A
S
A
‑
P
B
S
B
式中P
A
、P
B
分别为主轴无杆腔和有杆腔的油压，S
A
、S
B
分别为主轴无杆腔和有杆腔的面积，对于需要力控制的轴，多轴运动控制器将目标力F发送给伺服控制单元，由伺服控制单元实现力闭环控制。
[0005]优选的是，在步骤二中，所述计算分配的方式被配置为包括：
通过下式计算每个轴运动的位移Δs
i
：Δs
i
=|s
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‑
s
i
|；式中，s
i
为i号轴的当前位置，i=1,2,3
……
n；找出各轴中出位移最大的j号轴Δs
j
，将j号轴的运动速度设置为v0，按下式计算得到其余轴的速度v
i
：v
i=
Δs
i
/Δs
j
*v0。
[0006]优选的是，还包括相配合的控制系统，所述控制系统被配置为包括：位于风洞测控间，且安装有喷管操作软件的型面控制上位机；带触摸屏的现场控制柜，其上设置有切换现场控制和远程控制的选择开关；通过调节伺服阀组的阀芯位置，以控制与型面配合的伺服油缸运动的多套伺服控制单元；通过接收型面控制上位机指令，协调每套伺服控制单元的动作以实现协同运动的运动逻辑控制单元；其中，所述所述运动逻辑控制单元和伺服控制单元之间采用总线连接；所述伺服油缸均安装至少一个直线位移传感器，伺服油缸与伺服阀组具有一一对应的关系，每套伺服阀组均安装有用于采集伺服油缸有杆腔和无杆腔油压的两个油压传感器，且每套伺服阀组还分别配备有1只进油电磁阀和1只出油电磁阀。
[0007]优选的是，所述运动逻辑控制单元被配置为包括：数字IO模块，模拟IO模块，通讯模块，以及对伺服油缸的位移和速度进行计算和规划的多轴运动控制器；其中，数字IO模块包括：用于接收外部急停、本地/远程切换信号的数字输入模块；输出电平信号，以通过中间继电器控制伺服阀组的进油电磁阀和出油电磁阀的数字输出模块；所述通讯模块通过以太网与风洞控制系统进行实时通讯。
[0008]优选的是，还包括用于对多自由度模型支撑机构进行回零控制的多个电磁换向阀。
[0009]优选的是，在控制系统运行时，多轴运动控制器接收上位机控制指令，从上位机获取运动任务，对驱动喷管型面的各油缸行程进行计算和规划，向伺服控制单元发送运动控制指令，并对全部伺服控制单元进行协同控制，同时监测整个喷管的运行工况，实现系统内的报警与安全联锁；所述伺服控制单元接收来自多轴运动控制器的指令信号，并根据采集到的伺服油缸实际位置信息和两腔压力信息，实现油缸的位置闭环控制或压力闭环控制；在需要进行型面协同运动时，多轴运动控制器可根据各执行机构反馈的实际行程，分析与预期型面存在的协同误差并进行指令修正，确保全部执行机构按预期要求精确同步协同运行；其中，所述控制指令包括马赫数型面设置、运动速度。
[0010]本专利技术至少包括以下有益效果：本专利技术针对该风洞全液压伺服驱动系统中液压缸数量多、分布跨度大、同步精度要求高等特点，提出了“上位机+多轴运动控制器+伺服控制单元+伺服比例阀”的分布式控
制方案，控制系统的实时性、同步性、定位准确性、反馈信号的可靠性等方面均满足喷管控制要求。
[0011]本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
[0012]图1为本专利技术的实施例中风洞喷管上下型面驱动油缸布置示意图；图2为本专利技术的实施例中的风洞喷管型面全液压伺服驱动控制系统原理图。
具体实施方式
[0013]下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0014]本专利技术的目的是为大型高速风洞喷管型面全液压伺服驱动控制系统提供一种可行的解决方案，以实现液压油缸的精确定位控制，保证喷管实际型面与理论气动型面相符合并且具备较高的重复精度。
[0015]整个系统采用“上位机+多轴运动控制器+伺服控制单元+伺服比例阀”的分布式控制方案。优选的，整个控制系统包括：一台型面控制计算机/一块触摸屏，一套多轴运动控制器，若干套伺服控制单元和若干套伺服比例阀，采用这种分布式控制方案，相比传统的集中式控制方式，降低了现场布线和调试难度，提高了系统的可靠性。
[0016]所述型面控制计算机位于风洞测控间，实现远程控制功能，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型高速风洞喷管型面全液压伺服驱动控制方法，其特征在于，包括：步骤一，在喷管操作软件上选择目标马赫数型面Ma并设定喷管运行速度v0，喷管操作软件基于Ma进行查表，以确定每个运动轴的目标位置s
10
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，
……
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n0
，步骤二，将步骤一中得到v0和s
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，
……
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的值发送给多轴运动控制器，所述多轴运动控制器基于接收到的信息对各轴的运动速度进行计算分配；步骤三，所述多轴运动控制器将各轴的目标位置和运动速度发送给相应的伺服控制单元，以通过位置闭环调节比例伺服阀开度，使各轴做相应的运动以控制喷管型面按要求变化；其中，在步骤三中，对存在位置约束问题的轴采用位置与力的复合控制；所述复合控制是将位置闭环控制的轴作为复合控制的主轴，力闭环控制的轴作为复合控制的从轴，从轴的以主轴液压油缸所受的载荷为力的控制目标，即：F=P
A
S
A
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P
B
S
B
式中P
A
、P
B
分别为主轴无杆腔和有杆腔的油压，S
A
、S
B
分别为主轴无杆腔和有杆腔的面积，对于需要力控制的轴，多轴运动控制器将目标力F发送给伺服控制单元，由伺服控制单元实现力闭环控制。2.如权利要求1所述的大型高速风洞喷管型面全液压伺服驱动控制方法，其特征在于，在步骤二中，所述计算分配的方式被配置为包括：通过下式计算每个轴运动的位移Δs
i
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|；式中，s
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为i号轴的当前位置，i=1,2,3
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n；找出各轴中出位移最大的j号轴Δs
j
，将j号轴的运动速度设置为v0，按下式计算得到其余轴的速度v
i
：v
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Δs...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌忠伟，刘为杰，白本奇，黄昊宇，熊能，叶成，高鑫宇，李聪健，田嘉懿，曾利权，吴琦，何川，汪路路，
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：