基于双闭环速度控制的捕获轨迹系统

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJun252014Vol35No61522—1529lSSN1000—6893ON11—1929／Vhttp：／／hkxbbuaaeducnhkxb@buaaeducn基于双闭环速度控制的捕获轨迹系统周润1，黄叙辉h+。张征宇h2，李平11．中国空气动力研究与发展中心高速所，四川绵阳6210002．西南科技大学信息工程学院，四川绵阳621000摘要：中国现有高速风洞捕获轨迹(CTS)试验采用闭环形式的位置控制方式，外挂物模型处于

2、间歇式运动模式，导致试验效率较低和可能出现“假碰撞”。鉴于此，提出了一种双闭环速度控制策略，通过建立外挂物模型的气动力／力矩误差控制环，动态产生最优速度变换尺度，在试验过程中始终以外挂物模型运动速度为控制目标，实现了CTS试验速度控制方式。地面仿真和风洞试验结果表明：双闭环速度控制策略原理正确，获得的轨迹与位置控制方式具有较好的一致性，而且克服了可能出现的“假碰撞”现象，试验时间缩短一半，数据重复性好，获得的轨迹数据信息大幅增加。证明该双闭环速度控制策略具有广阔的应用前景。关键词：闭环；速度控制；风洞试验

3、；捕获轨迹；外挂物中图分类号：V211．7；TPl3文献标识码：A文章编号：10006893(2014)06152208捕获轨迹(CaptiveTrajectorySimulation，CTS)系统是运用在风洞试验中的一种机电一体化装置，用来模拟外挂物(导弹、炸弹和副油箱)从母机上分离后的运动轨迹，为外挂物在其母机上的合适布局和投放参数控制提供可靠依据。它利用计算机、六自由度装置(或CTS机构)和风洞相互配合，通过测量外挂物模型的气动载荷与求解运动方程来获取外挂物模型的运动位置或速度，进而实现投放轨迹模拟

4、[1。2]。20世纪70年代，受当时电子技术和计算机发展水平限制，CTS系统均采用位置控制方式进行试验，且取得了满意的结果口]，如美国阿诺德工程开发中心(AEDC)的4T风洞。4J、英国飞行器研究协会(ARA)的9ft×8ft(1ft一0．3048m)风洞口]、法国国家航天航空研究中心(ONERA)的s2风洞邸1等CTS系统；20世纪80年代，国内相继在中国空气动力研究与发展中心(CARDC)的1．2m风洞口。2]、2．4m风洞[7]、中国航空工业空气动力研究院(CARIA)的FL2风洞[81研制了基于位

5、置控制方式的CTS系统。但位置控制方式存在以下不足：一是每次运动到目标位置后暂停，进行信号测量和数据计算，然后在进行下一步运动，并需要对位置进行反复修正，获得一条分离轨迹的时间较长，尤其是目前中国高速主力风洞为暂冲式风洞，这一缺点显得更加明显；二是只要最终节点的到位精度满足要求即可，节点问的运动没有始终保持在分离轨迹上，在试验过程中可能会产生“假碰撞”，成为安全隐患。20世纪80年代以后，随着计算机技术、自动控制技术的发展，国外出现了以外挂物模型连续运动完成CTS试验的速度控制方式凹。1⋯，如以色列飞机工

6、业公司(IAI)的4ft暂冲式高速风洞中收稿日期：2013—07—22；退修日期：2013—09—22；录用日期：2013—10—12；网络出版时间：2013—11—1209：15网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／111929V201311120915002html基金项目：国家自然科学基金(51075385)*通讯作者Tel：0816-2462536E-mai

7、：huangxuhuicardc@163com黾属格式ZhouR，HuangXH，ZhangZY，etalAcapti

8、vetrajectorysystemusingdoubleclosed-loopvelocitycontrolLJJActaAeronauticaetAstronaut／caSin／ca．2014，35(6)：1522．1529蛹滤，黄叙辉，张征宇，等基f双闭环速度控铂的捕获轨迹系统!，]航空学报，2014，35(6)：{522{529周润等：基于双闭环速度控制的捕获轨迹系统的CTS系统、美国AEDC的4T风洞也改进了它的CTS测控系统采用这种方式进行试验，即直接控制六自由度装置的运动速度，在提高试验效率

9、方面的优点十分突出，但是并未建立外挂物运动方程求解时间步长与试验误差问的关系，时间步长的取值合理性和试验人员的经验有关，无法实现时问步长的自适应。由于外挂物模型所承受的气动力与其相对于母机的位置和姿态角有关，同时该气动力又反过来改变外挂物模型相对母机的位置和姿态角，形成了气动力与外挂物模型位置和姿态角的耦合作用，导致工业应用中六自由度机械手的成熟速度控制策略[13。1叩难以直接运用到CTS系统中。鉴于此，本文以CARDC的某超