基于pxi的飞机垂尾动态疲劳试验随动测控系统

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1、基于PXI的飞机垂尾动态疲劳试验随动测控系统-电气论文基于PXI的飞机垂尾动态疲劳试验随动测控系统徐晓东，段宝利，王雪梅，王宏利（中国飞机强度研究所，陕西西安710065）摘要：针对某型飞机垂尾动态疲劳试验中激振器位置和姿态调整的功能需求，结合对PXI总线平台技术特点的分析，设计了基于PXI硬件及LabVIEW软件开发环境的动态疲劳试验随动装置测控系统，同时引入SCXI信号调理技术提升控制反馈信号的质量。实践证明，该系统工作稳定，可靠性高，能够满足动态疲劳试验需求。关键词：动态疲劳试验；随动测控系统；PXI平

2、台；LabVIEW开发环境中图分类号：TN964?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2015）13?0093?05收稿日期：2014?12?120引言现代双垂尾结构战机在大攻角飞行时，流经机翼的强大涡流会猛烈击打飞机尾翼，造成飞机尾翼、后机身乃至全机结构的强烈振动从而导致动态疲劳破坏[1]。20世纪90年代在澳大利亚进行的F/A?18后机身相关试验中，对地面模拟真实耦合载荷技术进行了探索[2]。MolentL等人参与的国际结构试验改进计划组织（IFOSTP）在1998—2002年间对F/A?18

3、的后机身和尾翼进行了模拟试验，其结果证实了动态疲劳试验的重要性[3]。在国内某型飞机双垂尾的动态疲劳试验中，利用气囊模拟气动载荷（即常规疲劳载荷），同时，在垂尾上叠加由电磁振动台产生的振动载荷，二者耦合来确定飞机垂尾疲劳损坏寿命[4]。随着气动载荷的施加，垂尾结构发生变形，为保证振动载荷激振点位置不变且施加于激振点上的振动载荷始终垂直于激振点切平面，设计开发了一套电磁振动台随动系统，根据垂尾变形情况调整电磁振动台的位置和姿态。近年来，PXI总线技术广泛地应用于计算机测控和工业自动化系统中。PX（IPCIeXt

4、ensionsforInstrumentation）是基于PC的开放式、模块化仪器总线规范，继承了PCI总线适合高速数据传输的特点，同时保留了CompactPCI的坚固性、模块化和欧洲卡机械封装等优点。为了满足高精度定时、同步和数据通信的需求，PXI还提供了触发总线、局部总线、系统参考时钟等资源，支持PCI?PCI桥路扩展和即插即用功能[5]。本文主要介绍以NIPXIe8133实时控制器为硬件平台，LabVIEW11.0为软件开发环境进行的某型飞机垂尾动态疲劳试验随动测控系统的设计和实现工作。1随动装置工作原

5、理动态疲劳试验随动装置是飞机左、右垂尾两翼面振动载荷加载的一个辅助运动机构，其主要功能是调整成对作用的电磁振动台的位置和姿态，使得振动载荷在垂尾两翼面上正确加载。每一垂尾翼面两侧各有一台电磁振动台，测控系统对每个振动台独立进行5自由度运动控制，其中4自由度运动控制通过伺服电机完成，1个自由度运动控制通过液压伺服作动筒实现。随动装置的工作原理如图1所示。垂尾在气动载荷作用下发生形变，固定在电磁振动台上与垂尾翼面连接的6个拉线位移传感器测量值发生变化，测控系统获取该测量值并实时发送到多自由度位姿解算计算机，进行基

6、于多自由度运动学模型的高速运算，在读回解算值后，将各个自由度的运动控制指令信号发送到伺服执行机构，从而实现电磁振动台的位置和姿态调整，直至电磁振动台位姿符合振动载荷加载条件[6]。2测控系统总体设计随动测控系统采用分布式体系架构，针对左右垂尾振动台姿态调整独立性的特点，采用2台测控计算机，基本架构如图2所示。其中，总控协调控制整个动态疲劳试验的逻辑时序，随动测控系统留有与总控的控制通信信号接口；随动主控计算机处于随动测控系统的核心地位，起承上起下的作用，既要接收来自总控的信息，又为操作人员提供人机交互界面，并

7、全面管理左、右垂尾测控机的运行、控制参数。左、右垂尾测控机分别负责左、右垂尾翼面两侧的电磁振动台对各自激振点的跟踪控制。每台测控机的主要功能如下：（1）实现与总控应急、故障、数字I/O信号（命令/响应）的实时交互；（2）完成随动装置跟随垂尾旋转（一对作动筒实现）的液压伺服闭环控制；（3）实时采集垂尾两翼面的位姿测量（拉线位移传感器）信号，并将测量信号发送至主控计算机；（4）实现两台电磁振动台各自的4自由度（垂向、航向、展向、俯仰）多轴联动伺服电机闭环控制；（5）各个自由度限位开关的状态检测，其他数字I/O信号

8、的响应处理等。多自由度位姿解算计算机接收主控计算机发出的垂尾翼面位姿测量信号，利用基于多自由度运动学模型的位姿解算算法计算出各个自由度上的变动量，再将计算结果发送回主控计算机进行各个自由度的位置调整。通过独立的计算机完成解算过程，提高了运算速度，不会给控制计算机造成额外的负担。主控计算机、测控计算机以及多自由度位姿解算计算机通过高速以太网互连，通过网络变量或网络数据流传递信息。3测控系统硬件设计随动