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。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1风洞试验技术现状与发展趋势

1.2 PXI技术现状及发展趋势

1.3研究任务的提出与研究内容

1.3.1任务的提出

1.3.2研究内容

1.4本文研究的重点

2 控制系统硬件设计

2.1模型姿态及试验辅助系统概述

2.1.1 模型姿态及试验辅助系统的功能要求

2.1.2模型姿态及试验辅助系统的技术指标

2.2系统总体方案设计

2.2.1模型姿态机构控制

2.2.2尾转盘机构控制

2.2.3螺旋桨机构控制

2.2.4操舵机构控制

2.3系统硬件设计

2.3.1 模型姿态及试验辅助控制硬件系统选型

2.3.2系统硬件设计

2.4本章小结

3控制系统的关键技术及其实现

3.1 CompactPCI／PXI总线技术

3.1.1 CompactPCI／PXI总线技术的产生和发展

3.1.2 CompactPCI／PXI总线技术定义及其特点

3.1.3 PXI规范

3.1.4控制系统的实现

3.2变频调速技术

3.2.1变频调速技术概述

3.2.2变频调速理论

3.2.3变频器几个重要参数的设定

3.2.4影响变频调速控制系统性能的因素

3.2.5使用变频器时应注意的问题

3.3交流伺服技术

3.3.1伺服控制系统概述

3.3.2交流伺服电机的主要特点

3.3.3交流伺服电机及其驱动器

3.3.4对转桨装置的伺服控制系统研究

3.4 PLC控制技术

3.4.1 PLC概述

3.4.2控制系统硬件设计

3.4.3 PLC控制程序设计

3.5本章小结

4控制系统软件设计

4.1控制软件总体结构

4.2控制软件开发平台

4.2.1 LabWindows／CVI与虚拟仪器技术

4.2.2 LabWindows／CVI的主要功能

4.3控制程序对各控制卡函数库及函数的调用

4.3.1控制程序对各控制卡函数库的调用

4.3.2控制卡函数的调用

4.4控制系统与风洞主控系统网络通信的实现

4.4.1 TCP网络协议

4.4.2 LabWindows／CVI中的TCP函数库

4.4.3通信程序的实现

4.5控制系统软件的功能

4.5.1软件功能分配

4.5.2软件模块划分

4.5.3程序总体结构

4.5.4软件运行设计

4.6控制系统软件的特点

4.7本章小结

5控制系统静态调试

5.1控制系统静态调试

5.1.1变频器外围及其参数调整

5.1.2姿态角定位出现偏差的原因分析及其解决

5.1.3系统的抗干扰措施

5.2静态调试结果

5.3本章小结

6动态调试及风洞试验

6.1动态调试

6.2标模测力试验

6.2.1试验内容

6.2.2数据测量采集处理

6.2.3试验结果

6.3动态调试与风洞试验结论

7结论与展望

攻读学位期间获奖和发表论文情况

致谢

参考文献