高精度大推力试验模型烧蚀补偿自动送进控制系统

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1、高精度大推力试验模型烧蚀补偿自动送进控制系统

2、第1内容显示中摘要：采用计算机控制液压传动系统，实现了在电弧加热器上进行模型烧蚀试验过程的实用自动送进补偿，保证了试验模型在稳定的流场状态下烧蚀出一定的外型。实际的运行结果表明，该控制系统控制精度高、稳定性好。控制系统采用了液压伺服机构，在计算机的控制下完成试验模型边烧蚀边送进过程。为保证控制精度要求，系统采用了位置环和压力环相结合的双闭环控制方法。关键词：试验PID液压伺服系统自动控制航天型号研制的需要对地面模型烧蚀试验技术研究提出了很多的技术难。在电弧加热器中进行模型烧蚀试验时，试验模型随着烧蚀而产生外型变化，导致试验的状态参数发生变化，偏离

3、原设计参数。由于试验模型的外形尺寸、材料结构各不相同，烧蚀率变化非常复杂，简单的送进方式不能满足试验要求。为了保持试验状态的基本稳定，必须采用能够承受大载荷、高热流、自动反馈、精确定位的模型自动送进系统，补偿模型的烧蚀，来实现模型的定常烧蚀。本系统利用计算机控制液压伺服机构，采用试验段压力点平衡控制方法，实现了大推力、高精度的模型实时送进补偿控制，成功地解决了在电弧加热器模型烧蚀试验中边烧蚀边送时的问题。500)this.style.ouseg(this)">1系统工作原理本系统采用压力平衡法。在模型烧蚀试验过程中，实时采集试验段气流混合室的压力参数，与给定的控制压力值进行比较，通过动态调整

4、试验模型位置，从而保持气流出口喉道大小不变，达到稳定气流混合室压力参数的目的。送进控制系统工作原理图如图1所示。系统由液压伺服机构、送进支架、计算机实时采贪婪和控制等部分组成，整体设计采用双闭环控制。模型送进控制系统的技术指标如下：·最大轴向推力=7500kg·系统响应时间<0.01s·最大送进行程=150mm·送进定位精度<0.2mm·最大送进速度=0.017m/s·轴向对称精度<0.5mm·定位零点、最大送进量、送进步长、响应时间、控制精度可调。为了快速、准确地对压力参数的变化作出反应，采用计算机直接数字控制（DirectDigitalControl）方法。2系统硬件组

5、成2.1液压伺服机构液压伺服机构是用来精确控制模型位移的执行机构，它由伺服测源、控制放大器、伺服阀、油缸以及位移传感器等部件构成。伺服机构的设计具有如下特点：（1）将所有液压附件如蓄能器、电磁换向阀等都安装在油箱上，结构紧凑、安全可靠、维修方便。（2）所选用的过滤器都带有压差报警装置。当过滤器滤芯堵塞时，能发生信号，防止事故出现。（3）伺服阀直接安装在伺服油缸上，缩短了伺服阀与油缸的管道长度，减少了控制容积，这样就增加了系统的频宽，提高了响应速度。（4）采用差动变压器式位移传感器，精度为0.2%，此系统要求精度高一个数量级，这就有效地保证了系统的控制精度。其中，伺服放大器直接驱动伺服阀，控制

6、模型送进，是控制系统的关键部件。在设计上将比较器、校正放大、反馈量调节和电压-电流变换器等重要部件集成在一起，再加上扰动信号源等构成伺服放大器。其频宽f大于1kHz，零位噪声小于1mA，最大输出电流小于100mA。2.2计算机控制系统本系统采用双闭环控制回路，即由伺服放大器、电磁阀、位移传感器等构成模拟量位置环控制回路；由压力传感器、A/D板、计算机、D/A板和伺服放大器等构成数字量压力环控制回路。位置环对试验模型的位置进行精确定位，而压力环则对试验模型的送进位移量进行精确控制。2.2.1A/D信号采集板数据采集选用双端输入8路/单端输入16路的14位A/D转换器AD7872。该采集板是高采

7、样速率的为50kHz，具有1、2、4、8、16可编程增益控制功能。板上装有DC-DC变换器、光电隔离器、串-并转换电路等，可实现计算机系统与现场信号隔离，保证采集系统工作安全可靠。2.2.2D/A信号输出板D/A转换部分由两路独立的12位D/A转换器DAC7545、+5C基准源、运算放大器、精密电阻等组成。板上提供可锁存的电压输出或电流输出（负载共地方式），并采用了光电耦合器件，使模拟信号电路与计算机总线完全隔离，从而避免了公共地线引起的各种干扰及地环流问题。为了确保控制系统不出现误动作，板上设计了电复位清零功能。2.2.3定时计数及开关量输入输出定时计数选用一种通用的CMOS化的TTL电平

8、脉冲输入计数/定时板，板上提供2MHz的时钟源，由可编程的高速计数器/定时器芯片82C54提供三路计数/定时通道。该接口板为控制系统提供一系列精确定时基准，可以顺序控制、分时检测控制等，同时还提供了一路计数中的断控制。2.2.4压力-电压转换器在本系统中，压力环为主控制回路，压力传感器是压力环中最主要的控制信号检测器，直接影响到控制精度。选择时既要保证测量转换精度和响应时间，又要兼顾量程。本系统选用三组压阻型