基于PMAC的三坐标移测台设计与实现.pdf

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1、基于PMAC的三坐标稿测台设计与实坝口徐永新口李树军口姜恒西北工业大学机电学院西安710072摘要：针对特定风洞流场实验环境．设计了用于测量其环境参数的三坐标移动测试装置，通过伺服电机控制测头在机械系统3个坐标轴方向上的移动，通过PComm32通讯函数库实现控制系统中PMAC卡和工控机之间的通讯通过控制软件实现手持盒和工控机之间的远、近程转换。该测试台解决了风洞流场实验中环境参数测试难的问题。具有操作简单、实用方便、测量高效、工作稳定等优点，具有一定的实用性和推广性。关键词：风洞试验三维移动测试台PMAC伺服电机工控机中图分类号：TH821：TH71l文献标识码：

2、A文章编号：1000—4998~012)02—0074—04风洞是进行空气动力学试验的一种主要设备．依据运动的相对性原理．将飞行器的模型或实物固定在地面人工环境中，人为制造气流流过，以此模拟空中各种复杂的飞行状态，获取各种试验数据。目前几乎绝大多数的空气动力学试验都在各种类型的风洞中进行]。但风洞中恶劣的试验环境使其用于测量的试验台要具备良好的机械性能。本文针对某特定风洞流场试验环境，设计了一套在该流场内获取任意一点试验参数的装置——三坐标移测试验台．并开发了一套相应的控制软件系统。具体试验环境为：流场内气流的最高动压为74kPa，流场中部件的阻塞度不超过横截面积

3、的1％：流场的横截面为宽600mm、高800mmo测量范仅将X坐标系统和Z轴导杆放置在流场中，】，坐围：轴方向行程Lx=200mm(-100mm)；Y轴方向行标系统和Z坐标系统剩余部分均安装在流场外侧。程Ly=200mE(士100ram)；Z轴方向行程Lz=400mm坐标系统位于流场内，由伺服单元、滚珠丝杠和(±200mm)。该试验台的l，轴为龙门结构，双电机驱导轨组成，实现测量探头沿流场方向的移动。为尽可能动；z轴为减小横截面的阻塞度，设计为蜂窝结构。为减小流场方向上的阻塞度，在不影响机械本体刚性和实现对3个坐标方向运动的精确控制及对Y轴的双稳定性的前提下，坐标

4、系统使用单根滚动导轨。经受边控制，该控制系统采用PMAC运动控制卡，具体卡力分析轴所受负载较小，此处可选用功率较小的轻号是IMAC一400．核心是Clipper运动控制卡。巧型电机。Y坐标系统设计为龙门结构，分左右两部分Y。和1机械系统设计Y：，分别位于流场的两侧，各由一套伺服单元、导轨、滚根据安装在流场中的测量装置要能够依靠机械系珠丝杠、L型托板组成，通过同步运动控制实现测量探统移动而测量到流场中任意一点的风速、压力、温度等头竖直方向的移动。为防止伺服电机在重力作用下下试验参数的要求，设计了机械装置，其结构设计如图1滑。y轴采用带制动器的伺服电机。L型托板同时为

5、Z坐标系统的安装提供水平支撑和竖直支撑，提高了Z所示。为满足在流场中部件的阻塞度不超过1％的要轴的刚度，避免了悬臂结构的出现。求．根据阻塞度的计算公式：Z坐标系统横穿流场，由伺服单元、导轨、滚珠丝杠和导杆组成，实现测量探头垂直流场方向的移动。由阻塞度：至堡堡塑里％(1)流场横截面积于z轴导杆安装在流场内部，为满足系统阻塞度不大于1％的要求．同时又要为x坐标系统的安装提供平台，Z轴导杆设计为十字架蜂窝结构，其结构示意图如“十一五”国家科技支撑计划重大项目(编号：2o08BAF32B10)图2所示。．收稿日期：2011年1O月I圆2012／2机械制造50卷第570期E

6、thernet接口。3伺服系统设计伺服系统由伺服电机及其配套的伺服驱动器组成．伺服电机作为执行元件，驱动滚珠丝杠的转动和工作台的移动。而测量探头的每一个测量位置的精确定位．不仅需要硬件的操控还需要有良好的软件支持。其伺服电机和滚珠丝杠固定安装在y轴L型托伺服单元包括速度、位置和转矩控制，集成控制器板的水平面上。导杆通过滑块与Z轴导轨相连；为提主要负责伺服电机的速度控制和位置控制。工作台位高导杆移动的稳定性，导杆两端各安装一根导轨，分别置及伺服电机的转速等信号经光栅尺、电机编码器和固定安装在y轴L型托板的竖直面上。为减少Z坐标伺服驱动器上传到集成控制器，经集成控制器

7、的CPU系统的轴向结构尺寸，伺服电机通过一级同步带传动高速处理后再经硬件转化和放大后反馈给伺服电机执驱动滚珠丝杠。行命令．实现全闭环控制。此机械系统结构紧凑，、y、z3个坐标轴相互协由图3可知，y。、y：轴为闭环控制方式，由光栅采作，使安装在坐标系统滑块上的测量探头能够移动集到的位置信号反馈给控制器。为提高整个控制系统到试验空间的任意一个位置并得到相关试验参数。的动态特性，使用PMAC运动控制卡自带的PID调节。它采用前馈和反馈结合的复合控制方式_3．4_，PID控2控制系统硬件设计制算法原理如图4所示。在工业现场及信息产业基础设备中，工业控制计算机(IPC)较普

8、通PC机具