低速风洞模型姿态及试验辅助控制系统的开发
摘要
低速风洞试验技术是专门用来在低速风洞中研究飞行器在不同攻角、不同侧滑角时气动特性的一项常见试验技术。该项技术的核心设备是模型姿态装置,该装置原有的控制系统电子元件老化、可靠性降低,已不能满足型号试验的需求,研制新的控制系统迫在眉睫。
本文介绍了风洞试验技术和PXI技术的现状和发展趋势,阐述了研制新控制系统的重要性和必要性,根据新控制系统的技术指标及功能要求,结合当今机电发展趋势,提出了模型姿态及试验辅助控制系统方案。该方案采用以工控机、PXIS-2630机箱、PCI/PXI连接卡、模拟量控制卡、定时/计数器卡、开关量输入/输出卡、可编程逻辑控制器、交流伺服电机及其驱动器、交流异步电机及其变频调速器、步进电机和步进电机驱动器为核心部件组成控制系统。本文在阐述了CompactPCI/PXI总线、变频调速、交流伺服和PLC控制等技术的基础上,利用以上技术构成各个子系统,并对其组成及控制原理进行了分析。针对模型姿态及试验辅助控制系统完成的功能,以LabWindows/CVI作为软件开发平台开发了上位机控制软件,与风洞测量控制系统组成局域网,实现了网络通讯和控制。
在实际应用中,根据试验需要,对该系统进行了动静态测试,并通过测试,现已投入到型号试验,为我国飞行器及水中兵器的研制提供了可靠的试验平台。
Wind-tunnel test technique is a general method used to study the aerodynamic characteristics of aircraft whichi is in variable attack angle and variable yawing angle.The model gesture equipment is the core device of this technique. The electronic components of its control system is aging and the reliability is falling, it has not satisfied our customers established new requirements, so it is urgent to develop a new control system.
This paper presents the research and development situation of the wind-tunnel test technique and PXI technique, describes the importance and urgency for developing the new control system, combines with development trend of electromechanical, presents project of model gesture and test accessories control system based on properties and function requirements of new control system. The core parts of control system consists of IPC, PXI Classis, PCI/PXI Connect Card, Multi-Channel Analog Output Cards, Timer/Counter Card, Digital I/O Board, AC servo motor and AC servo driver, AC motor and inverter, Step motor and its driver. The paper demonstrates CompactPCI/ PXI bus, inverter, AC servo and PLC control technique so on, using above technique consists kinds of sub-system, and analyses its components and control principle. Control software is developed aiming at functions of the device, and based on Labwindows/CVI software platform. The new control system and wind tunnel measurement and control system constitute LAN, realized network communication and control.
In practice, the system has been static and dynamics tested successfully according the need of tests. It has succeeded in applying model test and offered reliable test platform for development of aircrafts and under water weapons.
本文介绍了风洞试验技术和PXI技术的现状和发展趋势,阐述了研制新控制系统的重要性和必要性,根据新控制系统的技术指标及功能要求,结合当今机电发展趋势,提出了模型姿态及试验辅助控制系统方案。该方案采用以工控机、PXIS-2630机箱、PCI/PXI连接卡、模拟量控制卡、定时/计数器卡、开关量输入/输出卡、可编程逻辑控制器、交流伺服电机及其驱动器、交流异步电机及其变频调速器、步进电机和步进电机驱动器为核心部件组成控制系统。本文在阐述了CompactPCI/PXI总线、变频调速、交流伺服和PLC控制等技术的基础上,利用以上技术构成各个子系统,并对其组成及控制原理进行了分析。针对模型姿态及试验辅助控制系统完成的功能,以LabWindows/CVI作为软件开发平台开发了上位机控制软件,与风洞测量控制系统组成局域网,实现了网络通讯和控制。
在实际应用中,根据试验需要,对该系统进行了动静态测试,并通过测试,现已投入到型号试验,为我国飞行器及水中兵器的研制提供了可靠的试验平台。
Wind-tunnel test technique is a general method used to study the aerodynamic characteristics of aircraft whichi is in variable attack angle and variable yawing angle.The model gesture equipment is the core device of this technique. The electronic components of its control system is aging and the reliability is falling, it has not satisfied our customers established new requirements, so it is urgent to develop a new control system.
This paper presents the research and development situation of the wind-tunnel test technique and PXI technique, describes the importance and urgency for developing the new control system, combines with development trend of electromechanical, presents project of model gesture and test accessories control system based on properties and function requirements of new control system. The core parts of control system consists of IPC, PXI Classis, PCI/PXI Connect Card, Multi-Channel Analog Output Cards, Timer/Counter Card, Digital I/O Board, AC servo motor and AC servo driver, AC motor and inverter, Step motor and its driver. The paper demonstrates CompactPCI/ PXI bus, inverter, AC servo and PLC control technique so on, using above technique consists kinds of sub-system, and analyses its components and control principle. Control software is developed aiming at functions of the device, and based on Labwindows/CVI software platform. The new control system and wind tunnel measurement and control system constitute LAN, realized network communication and control.
In practice, the system has been static and dynamics tested successfully according the need of tests. It has succeeded in applying model test and offered reliable test platform for development of aircrafts and under water weapons.
引文
[1]施洪昌.高低速风洞测量与控制系统设计[M].北京:国防工业出版社,2001.
[2]ADLINDTechnology Inc.PXI-6208A User Manual[M].September 2004.
[3]ADLINDTechnology Inc.PXI-8554 User Manual[M].September 2004.
[4]ADLINDTechnology Inc.PXI-743x User Manual[M].September 2004.
[5]ADLINDTechnology Inc.TRB-24R User Manual[M].September 2004.
[6]ADLINDTechnology Inc.PXIS-2630 User Manual[M].September 2004.
[7]ADLINDTechnology Inc.PXI/PCI-8570 User Manual[M].September 2004.
[8]PICMG2.0.CompactPCI Specification[M].September 1999.
[9]PXI System Alliance.PXI Specification Revision 2.0[M].May 2000.
[10]Jeff C.Hot Swap for CompactPCI vendors:a tricky game[J].Computer Design:1997(36):66-67.
[11]范梅生,魏振生,冯振声,等.PXI规范简介[J].国外电子测量技术,1998(4):44-45.
[12]杨乐平,苗增良,等.一种新的模块化仪器总线标准-PXI[J].测控技术,1998(5):21-23.
[13]陈艳峰,张光昭,胡乐明,等.CompactPCI热插拔技术研究现状评述[J].测控技术,2002(10):1-5.
[14]杨小军,宋克柱,束礼宝,等.高可用冗余热切换CompactPCI系统总线仲裁设计[J].中国科学技术大学学报,2003(10):510-517.
[15]王廷才,王伟,等.变频器原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2005.
[16]付家才.工业控制工程实践技术[M].北京:化学工业出版社,2003.
[17]刘福增,原儒东.变频器中几个重要参数的设定[J].工矿自动化,2002(4):42-43.
[18]张美英.用软件功能减少PC控制系统所需输入点数的方法[J].电世界,2002(1):24-25.
[19]张智杰,王序凤,鲁波,等.变频器控制系统的设计方法[J].信息技术,2002(8):43-44.
[20]吴忠智,吴加林,等.变频器应用手册(第2版)[M].北京:机械工业出版社,2003.
[21]肖英奎,尚涛,陈殿生,等.伺服系统实用技术[M].北京:化学工业出版社,2004.
[22]李思成,陈治明,等.用交流伺服电机和PLC改造液压控制系统[J].微计算机信息,2006(3):30-32.
[23]张颖.步进电机与交流伺服电机性能对比分析[J].农业化研究,2004(5):98.
[24]杜鑫,孙苓生,等.交流伺服电机在数控卷簧流水线中的应用[J].电器传动,2005(12):51-54.
[25]丁炜,魏孔平,等.可编程控制器在工业控制中的应用[M].北京:化学工业出版社,2004.
[26]郁汉琪.电气控制与可编程控制器应用技术[M].南京:东南大学出版社,2003.
[27]张旭辉.全自动气门芯装配系统的研究与开发[D].武汉:武汉理工大学,2005.
[28]钟肇新,范建东,等.可编程序控制器原理及应用[M].广州:华南理工大学出版社,2003.
[29]施洪昌.风洞数据采集技术[M].北京:国防工业出版社,2004.
[30]姚福强,高正中,姚福安,等.基于PLC和变颇器串行通讯的变频恒压供水系统[J].微计算机信息,2004(8):9-10.
[31]骆再飞,蒋静坪,许振伟,等.交流伺服系统及其先进控制策略综述[J].机床与液压,2002(6):7-10.
[32]刘军锋,万淑云,周永鹏,等.交流伺服系统的开放式接口设计[J].机械与电子,2002(5):31-33.
[33]施洪昌,张永双,等.风洞测控系统干扰及抑制[J].工业控制计算机,2004(9):7-8,13.
[34]徐镝,施洪昌,等.PXI在测控系统中的应用[J].西南科技大学学报,2003(1):26-29.
[35]深圳易能电气技术有限公司.EDS1000系列通用变频器使用手册[M].深圳:深圳易能电气技术有限公司,2006.
[36]奚全生,李鸿飞,等.VXI和PXI总线技术的应用及其发展前景[J].工业控制计算机,2002(11):11-12.
[37]钟亮,王琪,等.基于虚拟仪器实时测控系统的构建[J].计算机与现代化,2005(6):100-102.
[38]廖开俊,刘志飞,等.虚拟仪器技术综述[J].国外电子测量技术,2006(2):6-8.
[39]张凤均.LabWindows/CVI开发入门和进阶[M].北京:北京航空航天大学出版社,2001.
[40]宋宇峰.LabWindows/CVI逐步深入与开发实例[M].北京:机械出版社,2003.
[41]张毅刚,乔立岩,等.虚拟仪器软件开发环境LabWindows/CVl6.0编程指南[M].北京:机械工业出版社,2002.
[42]黄福幸,李光里,李兵,等.DFD风洞测控系统设计[J].宇航计测技术,2004(2):45-47.
[43]宋宇峰,高品贤,邵军,等.风洞试验控制系统的设计[J].实用测试技术,2002(5):14-15.
[44]苏庆堂,马常青,刘贤喜,等.基于C/S的多路实时数据通信的研究[J].计算机时代,2004(4):27-28.
[45]李顶根,曹继光,等.基于Labwindows/CVI的步进电机高精度控制[J].微特电机,2002(2):33-35.
[46]黄燕,徐杜,刘航,等.基于LobWindowsCVI平台开发的交流调速变频实验系统[J].微型电脑应用,2002(8):23-25,48.
[2]ADLINDTechnology Inc.PXI-6208A User Manual[M].September 2004.
[3]ADLINDTechnology Inc.PXI-8554 User Manual[M].September 2004.
[4]ADLINDTechnology Inc.PXI-743x User Manual[M].September 2004.
[5]ADLINDTechnology Inc.TRB-24R User Manual[M].September 2004.
[6]ADLINDTechnology Inc.PXIS-2630 User Manual[M].September 2004.
[7]ADLINDTechnology Inc.PXI/PCI-8570 User Manual[M].September 2004.
[8]PICMG2.0.CompactPCI Specification[M].September 1999.
[9]PXI System Alliance.PXI Specification Revision 2.0[M].May 2000.
[10]Jeff C.Hot Swap for CompactPCI vendors:a tricky game[J].Computer Design:1997(36):66-67.
[11]范梅生,魏振生,冯振声,等.PXI规范简介[J].国外电子测量技术,1998(4):44-45.
[12]杨乐平,苗增良,等.一种新的模块化仪器总线标准-PXI[J].测控技术,1998(5):21-23.
[13]陈艳峰,张光昭,胡乐明,等.CompactPCI热插拔技术研究现状评述[J].测控技术,2002(10):1-5.
[14]杨小军,宋克柱,束礼宝,等.高可用冗余热切换CompactPCI系统总线仲裁设计[J].中国科学技术大学学报,2003(10):510-517.
[15]王廷才,王伟,等.变频器原理及应用[M].北京:机械工业出版社,2005.
[16]付家才.工业控制工程实践技术[M].北京:化学工业出版社,2003.
[17]刘福增,原儒东.变频器中几个重要参数的设定[J].工矿自动化,2002(4):42-43.
[18]张美英.用软件功能减少PC控制系统所需输入点数的方法[J].电世界,2002(1):24-25.
[19]张智杰,王序凤,鲁波,等.变频器控制系统的设计方法[J].信息技术,2002(8):43-44.
[20]吴忠智,吴加林,等.变频器应用手册(第2版)[M].北京:机械工业出版社,2003.
[21]肖英奎,尚涛,陈殿生,等.伺服系统实用技术[M].北京:化学工业出版社,2004.
[22]李思成,陈治明,等.用交流伺服电机和PLC改造液压控制系统[J].微计算机信息,2006(3):30-32.
[23]张颖.步进电机与交流伺服电机性能对比分析[J].农业化研究,2004(5):98.
[24]杜鑫,孙苓生,等.交流伺服电机在数控卷簧流水线中的应用[J].电器传动,2005(12):51-54.
[25]丁炜,魏孔平,等.可编程控制器在工业控制中的应用[M].北京:化学工业出版社,2004.
[26]郁汉琪.电气控制与可编程控制器应用技术[M].南京:东南大学出版社,2003.
[27]张旭辉.全自动气门芯装配系统的研究与开发[D].武汉:武汉理工大学,2005.
[28]钟肇新,范建东,等.可编程序控制器原理及应用[M].广州:华南理工大学出版社,2003.
[29]施洪昌.风洞数据采集技术[M].北京:国防工业出版社,2004.
[30]姚福强,高正中,姚福安,等.基于PLC和变颇器串行通讯的变频恒压供水系统[J].微计算机信息,2004(8):9-10.
[31]骆再飞,蒋静坪,许振伟,等.交流伺服系统及其先进控制策略综述[J].机床与液压,2002(6):7-10.
[32]刘军锋,万淑云,周永鹏,等.交流伺服系统的开放式接口设计[J].机械与电子,2002(5):31-33.
[33]施洪昌,张永双,等.风洞测控系统干扰及抑制[J].工业控制计算机,2004(9):7-8,13.
[34]徐镝,施洪昌,等.PXI在测控系统中的应用[J].西南科技大学学报,2003(1):26-29.
[35]深圳易能电气技术有限公司.EDS1000系列通用变频器使用手册[M].深圳:深圳易能电气技术有限公司,2006.
[36]奚全生,李鸿飞,等.VXI和PXI总线技术的应用及其发展前景[J].工业控制计算机,2002(11):11-12.
[37]钟亮,王琪,等.基于虚拟仪器实时测控系统的构建[J].计算机与现代化,2005(6):100-102.
[38]廖开俊,刘志飞,等.虚拟仪器技术综述[J].国外电子测量技术,2006(2):6-8.
[39]张凤均.LabWindows/CVI开发入门和进阶[M].北京:北京航空航天大学出版社,2001.
[40]宋宇峰.LabWindows/CVI逐步深入与开发实例[M].北京:机械出版社,2003.
[41]张毅刚,乔立岩,等.虚拟仪器软件开发环境LabWindows/CVl6.0编程指南[M].北京:机械工业出版社,2002.
[42]黄福幸,李光里,李兵,等.DFD风洞测控系统设计[J].宇航计测技术,2004(2):45-47.
[43]宋宇峰,高品贤,邵军,等.风洞试验控制系统的设计[J].实用测试技术,2002(5):14-15.
[44]苏庆堂,马常青,刘贤喜,等.基于C/S的多路实时数据通信的研究[J].计算机时代,2004(4):27-28.
[45]李顶根,曹继光,等.基于Labwindows/CVI的步进电机高精度控制[J].微特电机,2002(2):33-35.
[46]黄燕,徐杜,刘航,等.基于LobWindowsCVI平台开发的交流调速变频实验系统[J].微型电脑应用,2002(8):23-25,48.