專利名稱：一種高速風(fēng)洞攻角控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)控制設(shè)備，特別涉及一種高速風(fēng)洞的攻角機(jī)構(gòu)的控 制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
風(fēng)洞是能人工產(chǎn)生和控制氣流，用以模擬飛行器或物體周圍氣體的流動(dòng)，并可觀 察和量度氣流對(duì)物體的作用的一種管道試驗(yàn)設(shè)備，它是進(jìn)行空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)最常用、最有效 的工具。風(fēng)洞在空氣動(dòng)力學(xué)研究和飛行器設(shè)計(jì)中起著十分重要的作用，它的發(fā)展與航空航 天技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。高速風(fēng)洞的攻角機(jī)構(gòu)通常由一臺(tái)執(zhí)行電機(jī)拖動(dòng)并結(jié)合機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)模型 攻角的變化。所謂攻角，也稱迎角，對(duì)于翼形來說，攻角定義為翼弦與來流速度之間的夾角， 抬頭為正，低頭為負(fù)。攻角機(jī)構(gòu)的工作原理是將待測(cè)模型設(shè)置在天平支架上，且天平支架 可以在風(fēng)洞中相對(duì)于來流的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，由執(zhí)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，再由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng) 天平支架轉(zhuǎn)動(dòng)，使得天平支架上的模型的攻角角度發(fā)生變化，從而人們可以在不同攻角的 情況下對(duì)模型進(jìn)行空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)，得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。在進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)的過程中，對(duì)攻角機(jī)構(gòu) 控制系統(tǒng)在控制精度和控制時(shí)間上有一定的要求，主要是在吹風(fēng)試驗(yàn)過程中計(jì)算機(jī)控制程 序可以設(shè)定和顯示目標(biāo)角度、實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前運(yùn)行角度、保存所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)；在無風(fēng)情況下進(jìn) 行模型的安裝和調(diào)測(cè)時(shí)，可以手動(dòng)控制攻角機(jī)構(gòu)的運(yùn)行并能同時(shí)觀測(cè)其角度的變化。目前高速風(fēng)洞模型的攻角機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)主要采用以下兩種控制方式①采用繞 線電機(jī)作為機(jī)械動(dòng)力拖動(dòng)，以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為控制核心，用模擬量輸出控制卡輸出模 擬電壓或電流信號(hào)來控制變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，模型轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)的攻角位置時(shí)，采用變頻器制 動(dòng)或電磁鐵抱間兩種制動(dòng)方式，該控制方式的反饋信號(hào)多來自機(jī)械式碼盤。②以步進(jìn)或伺 服電機(jī)作為將模型轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)攻角位置的動(dòng)力源，以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為控制核心，用運(yùn) 動(dòng)控制卡輸出模擬量或數(shù)字量來控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，模型轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng) 的攻角位置時(shí)采用驅(qū)動(dòng)器制動(dòng)方式進(jìn)行制動(dòng)，此類控制方式的反饋信號(hào)多來自絕對(duì)值式光 電編碼器。上述兩種控制方式均采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為控制核心，反饋信號(hào)傳感器都采 用具有記憶功能的傳感器。相比較而言前者控制手段較為落后，用繞線電機(jī)做位置控制，反 應(yīng)速度慢且控制精度差，同時(shí)采用機(jī)械式碼盤作為反饋傳感器，機(jī)械式碼盤的分辨率也較 光電傳感器差。后者較前者雖然控制速度快、控制精度高，但由于絕對(duì)值式光電編碼器受到 最高輸出線數(shù)的影響，其角度分辨率較差，同時(shí)價(jià)格昂貴。且以上兩種控制方式均不能脫離 計(jì)算機(jī)進(jìn)行手動(dòng)控制，而在風(fēng)洞模型安裝的情況下，或者是在脫離計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的 情況下，能由人工手動(dòng)控制攻角機(jī)構(gòu)是一種簡單又較為適合的控制方式。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種控制速度快、精度高、使用簡單的高 速風(fēng)洞的攻角機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)。[0006]實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案是提供一種高速風(fēng)洞攻角控制系統(tǒng)，包括攻角機(jī) 構(gòu)。上述攻角機(jī)構(gòu)包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的天平支架。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括依次動(dòng)連接 的齒輪減速箱、第一蝸輪、第二蝸桿、第二蝸輪、傳動(dòng)軸、第三蝸輪和第三蝸桿，還包括與傳 動(dòng)軸螺紋轉(zhuǎn)動(dòng)連接的水平移動(dòng)滑塊。水平移動(dòng)滑塊與使用時(shí)固定于地面或風(fēng)洞外壁上的滑 軌滑動(dòng)連接，且水平移動(dòng)滑塊與天平支架的下端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，齒輪減速箱的的動(dòng)力輸入軸為 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力輸入端。上述高速風(fēng)洞攻角控制系統(tǒng)還包括增量式光電編碼器、便攜式角 度顯示器、手動(dòng)控制器、控制電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)。增量式光電編碼器設(shè)有脈沖信號(hào)輸出端，安裝在攻角機(jī)構(gòu)的第三蝸桿上。便攜式角度顯示器設(shè)有輸入端和輸出端。增量式光電編碼器的脈沖信號(hào)輸出端與 便攜式角度顯示器的輸入端電連接。手動(dòng)控制器設(shè)有控制信號(hào)輸出端。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)有電源端、控制信號(hào)輸入端和輸 出端。手動(dòng)控制器的控制信號(hào)輸出端與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)輸入端電連接。控制電路3包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、開關(guān)量輸入輸出控制卡、運(yùn)動(dòng)控制卡和ISA總 線，開關(guān)量輸入輸出控制卡、運(yùn)動(dòng)控制卡均通過ISA總線與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)交互連接。開關(guān) 量輸入輸出控制卡設(shè)有信號(hào)輸入端。運(yùn)動(dòng)控制卡設(shè)有信號(hào)輸入端和驅(qū)動(dòng)器端口，上述的驅(qū) 動(dòng)器端口包括控制信號(hào)輸出端。便攜式角度顯示器的輸出端與開關(guān)量輸入輸出控制卡的信號(hào)輸入端電連接。運(yùn)動(dòng)控制卡的控制信號(hào)輸出端與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制信號(hào)輸入端電連接。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與上述電機(jī)的電源輸入端電連接。電機(jī)的動(dòng)力輸出軸與攻角機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作為動(dòng)力輸入件的齒輪減速箱的動(dòng) 力輸入軸相連接。上述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是內(nèi)含光耦隔離電路采用單脈沖控制方式的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。電 機(jī)是混合式步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)為相應(yīng)的伺服電機(jī)。上述增量式光電編碼器是增量式光電編碼器。上述便攜式角度顯示器是一個(gè)具有漏電保護(hù)功能的數(shù)字面板表，便攜式角度顯示 器還設(shè)有電源開關(guān)按鈕。上述手動(dòng)控制器包括脈沖信號(hào)發(fā)生器、電源開關(guān)按鈕和方向控制按鈕。脈沖信號(hào) 發(fā)生器為能產(chǎn)生脈沖信號(hào)和邏輯高低電平的電路，設(shè)有脈沖信號(hào)輸出端和電平信號(hào)輸出端。上述便攜式角度顯示器和手動(dòng)控制器組裝在一起構(gòu)成一個(gè)整體部件。上述高速風(fēng)洞攻角控制系統(tǒng)還包括限位開關(guān)組件。限位開關(guān)組件4包括上限位開關(guān)、下限位開關(guān)和擋片。上限位開關(guān)和下限位開關(guān)均設(shè)有觸動(dòng)端和信號(hào)輸出端。上限位開關(guān)的信號(hào)輸出端 與運(yùn)動(dòng)控制卡的上限位信號(hào)輸入端電連接，下限位開關(guān)的信號(hào)輸出端與運(yùn)動(dòng)控制卡的下限 位信號(hào)輸入端電連接。上限位開關(guān)和下限位開關(guān)安裝在風(fēng)洞的外洞壁上，擋片固定在攻角機(jī)構(gòu)的第三蝸 桿上，且擋片與上限位開關(guān)和下限位開關(guān)相靠近。上述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的型號(hào)為IPC-H432，內(nèi)設(shè)有用于控制攻角機(jī)構(gòu)的相應(yīng)程序軟件。開關(guān)量輸入輸出控制卡的型號(hào)為PCL730，直接接插在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的相應(yīng)插槽 上。運(yùn)動(dòng)控制卡的型號(hào)為PCL839+，直接接插在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的相應(yīng)插槽上。運(yùn)動(dòng)控 制卡可同時(shí)控制三臺(tái)步進(jìn)電機(jī)。上述運(yùn)動(dòng)控制卡的驅(qū)動(dòng)器端口還設(shè)有故障信號(hào)端，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)有相應(yīng)的故障信 號(hào)端，運(yùn)動(dòng)控制卡與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器兩者之間通過各自的故障信號(hào)端雙向連接。本實(shí)用新型具有積極的效果(1)本實(shí)用新型的高速風(fēng)洞攻角控制系統(tǒng)在使用 中，既可以手動(dòng)控制也可以由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制風(fēng)洞模型的攻角機(jī)構(gòu)，不僅控制方便準(zhǔn)確、控 制精度高，而且可以方便地通過手動(dòng)模式進(jìn)行風(fēng)洞模型的安裝和調(diào)試，大大提高了安裝和 調(diào)試的效率。(2)本實(shí)用新型的高速風(fēng)洞攻角控制系統(tǒng)由于采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)作為 動(dòng)力源，系統(tǒng)控制速度快，控制速度>每秒0. 5度。(3)本實(shí)用新型的高速風(fēng)洞攻角控制 系統(tǒng)由于采用高線數(shù)增量式光電編碼器作為反饋部件來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，系統(tǒng)的控制精度較 高，達(dá)到為士3 。(4)便攜式角度顯示器和便攜式手動(dòng)控制器組裝在一起構(gòu)成一個(gè)整體部 件，體積小，外形美觀，操作方便。(5)本實(shí)用新型的高速風(fēng)洞攻角控制系統(tǒng)設(shè)有上下限位 開關(guān)作為限位保護(hù)裝置，由上下限位開關(guān)向運(yùn)動(dòng)控制卡提供可靠的極限位置限位信號(hào)，有 效保護(hù)了機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的安全。(6)本實(shí)用新型的高速風(fēng)洞攻角控制系統(tǒng)采用內(nèi)含光耦隔 離電路的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，從而在使用中隔離驅(qū)動(dòng)線路和運(yùn)動(dòng)控制卡之間的功率聯(lián)系，一旦驅(qū) 動(dòng)電路發(fā)生故障，可有效防止功率放大器中的高電平信號(hào)進(jìn)入運(yùn)動(dòng)控制卡而將其燒毀的情 況；且運(yùn)動(dòng)控制卡對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的控制經(jīng)過API函數(shù)優(yōu)化，能使電機(jī)實(shí)現(xiàn)S形、梯形等高級(jí) 運(yùn)動(dòng)方式，從而提高系統(tǒng)整體的控制精度，并延長電機(jī)的使用壽命。
圖1為本實(shí)用新型的一種系統(tǒng)原理框圖。圖2為圖1中的手動(dòng)控制器的電路原理框圖。圖3為圖1中的控制電路的電路原理圖。圖4為本實(shí)用新型的攻角機(jī)構(gòu)的一種結(jié)構(gòu)示意圖。上述附圖中的標(biāo)記所表示的特征的名稱如下增量式光電編碼器11，便攜式角度顯示器12，手動(dòng)控制器2，脈沖信號(hào)發(fā)生器21，電源開關(guān)按鈕22，方向控制按鈕23，控制電路3，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)31，開關(guān)量輸入輸出控制卡32，運(yùn)動(dòng)控制卡33，限位開關(guān)組件4，上限位開關(guān)41，下限位開關(guān)42，擋片43，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器5，電機(jī)6，電機(jī)軸61，攻角機(jī)構(gòu)7，齒輪減速箱71，聯(lián)軸器71-1，動(dòng)力輸入軸71_2，動(dòng)力輸出軸71_3，第 一蝸輪72，第二蝸桿73，第二蝸輪74，傳動(dòng)軸75，第三蝸輪76，第三蝸桿77，水平移動(dòng)滑塊 78，天平支架79，安裝桿部79-1，定翼79-2，動(dòng)翼79_3。
具體實(shí)施方式
在本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
中，對(duì)方位的描述按照?qǐng)D4所示的方位進(jìn)行。[0042](實(shí)施例1)見圖1，本實(shí)施例的高速風(fēng)洞攻角控制系統(tǒng)包括增量式光電編碼器11、便攜式角 度顯示器12、手動(dòng)控制器2、控制電路3、限位開關(guān)組件4、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器5、電機(jī)6和攻角機(jī)構(gòu) 7?？刂齐娐?包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)31，開關(guān)量輸入輸出控制卡32和運(yùn)動(dòng)控制卡33。限位 開關(guān)組件4包括上限位開關(guān)41，下限位開關(guān)42和擋片43。見圖4，攻角機(jī)構(gòu)7包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和天平支架79，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力由電機(jī)6提供。 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括依次動(dòng)連接的齒輪減速箱71、第一蝸輪72、第二蝸桿73、第二蝸輪74、傳動(dòng)軸 75、第三蝸輪76和第三蝸桿77，還包括水平移動(dòng)滑塊78。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)71除水平移動(dòng)滑塊78 外，其余部件均安裝在風(fēng)洞洞體外。上述結(jié)構(gòu)中，電機(jī)6由其電機(jī)殼固定在安裝于地面的電機(jī)架上，電機(jī)6由其向左伸 出的電機(jī)軸61通過聯(lián)軸器71-1與位于其左側(cè)的齒輪減速箱71的動(dòng)力輸入軸71-2相連接； 齒輪減速箱71由其箱體固定在安裝于地面的固定架上，齒輪減速箱71的向左伸出的動(dòng)力 輸出軸71-3的左軸段為蝸桿段，其該動(dòng)力輸出軸71-3的左端頭通過軸承以及相應(yīng)的軸承 座與固定安裝于地面的安裝架轉(zhuǎn)動(dòng)連接。第二蝸桿73鉛垂設(shè)置，第二蝸桿73的上下兩端 通過軸承以及相應(yīng)的軸承座與固定安裝于地面的安裝架轉(zhuǎn)動(dòng)連接。第一蝸輪72由其上下 向設(shè)置的中央孔過盈配合安裝在第二蝸桿73的上部，且第一蝸輪72與齒輪減速箱71的左 右向設(shè)置的動(dòng)力輸出軸71-3的蝸輪段相嚙合。第二蝸桿73的下部蝸輪段與第二蝸輪74 相嚙合，第二蝸輪74由其左右向的中央孔過盈配合安裝在左右向設(shè)置的傳動(dòng)軸75的左部。傳動(dòng)軸75的左右兩端通過軸承以及相應(yīng)的軸承座與固定安裝于地面的安裝架轉(zhuǎn) 動(dòng)連接；第三蝸輪76由其左右向的中央孔通過花鍵過盈配合固定在傳動(dòng)軸75的中間軸段 上，且第三蝸輪76與上下向設(shè)置的第三蝸桿77相嚙合；第三蝸桿77的上下兩端通過軸承 以及相應(yīng)的軸承座與固定安裝于地面的安裝架轉(zhuǎn)動(dòng)連接，且增量式光電編碼器11安裝在 第三蝸桿77的上端頭上，擋片43安裝在第三蝸桿77的中間桿段上。傳動(dòng)軸75的右端軸段上設(shè)有外螺紋，水平移動(dòng)滑塊78中設(shè)有左右向的內(nèi)螺孔。 傳動(dòng)軸75由其右端的外螺紋與水平移動(dòng)滑塊78的內(nèi)螺孔相配合，從而使得兩者螺紋動(dòng)連 接。水平移動(dòng)滑塊78位于風(fēng)洞洞壁下方所開的滑塊槽處，且與固定在地面上或風(fēng)洞外壁上 的相應(yīng)的滑軌左右向滑動(dòng)連接。天平支架79為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)件，包括安裝桿部79-1、從上方連接在安裝桿部79_1 上的定翼79-2和從下方連接在安裝桿部79-1上的動(dòng)翼79-3。定翼79_2的上端鉸接在風(fēng) 洞的洞壁上，動(dòng)翼79-3的下端鉸接在水平移動(dòng)滑塊78上，從而使得天平支架79可隨著水 平移動(dòng)滑塊78的水平移動(dòng)以定翼79-2與風(fēng)洞洞壁的連接點(diǎn)為轉(zhuǎn)動(dòng)中心轉(zhuǎn)動(dòng)，待測(cè)模型插 接固定在天平支架79的安裝桿部79-1上，通過控制步進(jìn)電機(jī)6即可改變天平支架79上模 型的攻角角度。增量式光電編碼器11的型號(hào)為E6B2-C，由歐姆龍工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)集團(tuán)制造，是一 個(gè)高線數(shù)(3000線)的增量式光電編碼器。該增量式光電編碼器11設(shè)有脈沖信號(hào)輸出端， 而該脈沖信號(hào)輸出端通過信號(hào)電纜線與便攜式角度顯示器12的輸入端電連接。見圖4，使 用時(shí)，所述增量式光電編碼器11作為角度位置反饋信號(hào)采集設(shè)備安裝在攻角機(jī)構(gòu)7的第三 蝸桿77上，用于檢測(cè)第三蝸桿77的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，而該轉(zhuǎn)動(dòng)角度與攻角機(jī)構(gòu)7的天平支架79 的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)角度成線性關(guān)系，增量式光電編碼器11將角度信號(hào)以脈沖信號(hào)的方式在其脈沖信號(hào)輸出端輸出至便攜式角度顯示器12。便攜式角度顯示器12是一個(gè)型號(hào)為K3HB-C的數(shù)字面板表，由歐姆龍工業(yè)自動(dòng)化 產(chǎn)業(yè)集團(tuán)制造。便攜式角度顯示器12設(shè)有電源開關(guān)按鈕、輸入端和輸出端。便攜式角度顯 示器12的輸出端與開關(guān)量輸入輸出控制卡32的轉(zhuǎn)動(dòng)角度信號(hào)輸入端電連接。便攜式角度 顯示器12具有漏電保護(hù)功能。使用時(shí)，便攜式角度顯示器12通過其輸入端接收增量式光 電編碼器11所發(fā)出的脈沖信號(hào)，記錄脈沖信號(hào)的數(shù)量并通過預(yù)存在便攜式角度顯示器12 內(nèi)的傳動(dòng)系數(shù)進(jìn)行換算而得到攻角機(jī)構(gòu)7的天平支架79的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)角度值并顯示，且將天 平支架79的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)角度值轉(zhuǎn)換為21位的BCD碼而由其輸出端輸出至控制電路3的開關(guān) 量輸入輸出控制卡32。手動(dòng)控制器2是自制的便攜式手動(dòng)控制器。便攜式手動(dòng)控制器2包括脈沖信號(hào)發(fā) 生器21、電源開關(guān)按鈕22和方向控制按鈕23。脈沖信號(hào)發(fā)生器21能產(chǎn)生IOkHz脈沖信號(hào) 和邏輯高低電平，并設(shè)有脈沖信號(hào)輸出端和電平信號(hào)輸出端。手動(dòng)控制器2的脈沖信號(hào)輸 出端與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器5的控制信號(hào)輸入端中的相應(yīng)的脈沖信號(hào)輸入端CP+端和CP-端電連 接，手動(dòng)控制器2的電平信號(hào)輸出端與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器5的控制信號(hào)輸入端中的相應(yīng)的電平信 號(hào)輸入端DIR+端和DIR-端、EN+端和EN-端電連接，其中WR端為方向控制信號(hào)輸入端， EN端為使能控制信號(hào)輸入端。便攜式角度顯示器12能與便攜式手動(dòng)控制器2組裝在一起 構(gòu)成一個(gè)整體部件，便于攜帶移動(dòng)。控制電路3包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)31、開關(guān)量輸入輸出控制卡32、運(yùn)動(dòng)控制卡33和 ISA總線。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)31的型號(hào)為IPC-H432，由上海康泰克電子技術(shù)有限公司制造。工 業(yè)控制計(jì)算機(jī)31內(nèi)設(shè)有用于控制攻角機(jī)構(gòu)的相應(yīng)程序軟件。開關(guān)量輸入輸出控制卡32的型號(hào)為PCL730，由研華科技股份有限公司制造。開關(guān) 量輸入輸出控制卡32直接接插在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)31的相應(yīng)插槽上，通過ISA總線與工業(yè) 控制計(jì)算機(jī)31交互連接。開關(guān)量輸入輸出控制卡32還設(shè)有轉(zhuǎn)動(dòng)角度信號(hào)輸入端。運(yùn)動(dòng)控制卡33的型號(hào)為PCL839+，由研華科技股份有限公司公司制造。運(yùn)動(dòng)控制 卡33直接接插在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)31的相應(yīng)插槽上，通過ISA總線與工業(yè)控制計(jì)算機(jī)31交 互連接。運(yùn)動(dòng)控制卡33還設(shè)有驅(qū)動(dòng)器端口、上限位信號(hào)輸入端和下限位信號(hào)輸入端。運(yùn)動(dòng) 控制卡33的驅(qū)動(dòng)器端口包括控制信號(hào)輸出端和故障信號(hào)端，所述的控制信號(hào)輸出端的各 端口與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器5的控制信號(hào)輸入端的各端口對(duì)應(yīng)電連接，從而運(yùn)動(dòng)控制卡33在工業(yè)控 制計(jì)算機(jī)31控制命令下生成轉(zhuǎn)速控制脈沖信號(hào)和方向控制電平信號(hào)后，能發(fā)送給電機(jī)驅(qū) 動(dòng)器5而控制電機(jī)6的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)速度(單位時(shí)間內(nèi)的步數(shù))，運(yùn)動(dòng)控制卡33可同時(shí)控 制三臺(tái)步進(jìn)電機(jī)。見圖4，限位開關(guān)組件4包括上限位開關(guān)41、下限位開關(guān)42和擋片43。上限位開 關(guān)41和下限位開關(guān)42均設(shè)有觸動(dòng)端和信號(hào)輸出端；上限位開關(guān)41的信號(hào)輸出端與運(yùn)動(dòng)控 制卡33的上限位信號(hào)輸入端電連接，下限位開關(guān)42的信號(hào)輸出端與運(yùn)動(dòng)控制卡33的下限 位信號(hào)輸入端電連接。使用時(shí)，上限位開關(guān)41和下限位開關(guān)42安裝在風(fēng)洞的外洞壁上，擋 片43固定在攻角機(jī)構(gòu)7的第三蝸桿77上，且擋片43與上限位開關(guān)41和下限位開關(guān)42相 靠近。在第三蝸輪76以及第三蝸桿77跟隨傳動(dòng)軸75轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，攻角機(jī)構(gòu)7的天平支架79 在水平移動(dòng)滑塊78的帶動(dòng)下帶著相應(yīng)的待測(cè)模型一同轉(zhuǎn)動(dòng)，第三蝸桿77轉(zhuǎn)過一定角度而在上下方向上移動(dòng)而使其桿上固定的擋片43與上限位開關(guān)41和下限位開關(guān)42中的一個(gè) 開關(guān)的觸動(dòng)端相接觸時(shí)，則從該開關(guān)的信號(hào)輸出端輸出相應(yīng)的限位信號(hào)至控制電路3的運(yùn) 動(dòng)控制卡33，控制電路3則停止向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器5發(fā)出運(yùn)行信號(hào)，使得電機(jī)6停止轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器5的型號(hào)為MS-3H130M，由北京斯達(dá)微步控制有限公司制造。該電機(jī)驅(qū) 動(dòng)器5是內(nèi)含光耦隔離電路采用單脈沖控制方式的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器5設(shè) 有電源端、控制信號(hào)輸入端、故障信號(hào)端和輸出端。所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器5由其電源端與隔離變 壓器電源輸出端電連接，而該隔離變壓器與220V交流電相連接。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器5的輸出端與 所述電機(jī)6的電源輸入端電連接。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器5的控制信號(hào)輸入端包括用于控制步進(jìn)電機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)的脈沖信號(hào)輸入端CP+端和CP-端、用于控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向的電平信號(hào)輸入 端DIR+端和DIR-端、用于接受使能控制信號(hào)的電平信號(hào)輸入端EN+端和EN-端，電機(jī)驅(qū)動(dòng) 器5的故障信號(hào)端口為輸出電平信號(hào)的RD+端和RD-端。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器5的控制信號(hào)輸入端 與便攜式手動(dòng)控制器2的相應(yīng)的信號(hào)輸出端口以及控制電路3的運(yùn)動(dòng)控制卡33的驅(qū)動(dòng)器 端口的控制信號(hào)輸出端電連接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器5的故障信號(hào)端與運(yùn)動(dòng)控制卡33的驅(qū)動(dòng)器端口 的故障信號(hào)端雙向連接。電機(jī)6是型號(hào)為13013YG350A的步進(jìn)電機(jī)，由北京斯達(dá)微步控制有限公司制造。該 步進(jìn)電機(jī)6是混合式步進(jìn)電機(jī)，其最大轉(zhuǎn)矩為40Ν·πι，步距角為0.9°。所述電機(jī)6作為整 個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力輸出端用于向攻角機(jī)構(gòu)7提供動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)攻角機(jī)構(gòu)7的天平支架79的 姿態(tài)控制。見圖1及圖2，在進(jìn)行手動(dòng)控制時(shí)，整個(gè)控制系統(tǒng)由便攜式手動(dòng)控制器2作為控制 核心，便攜式角度顯示器12對(duì)增量式光電編碼器11檢測(cè)到的攻角機(jī)構(gòu)7的天平支架79的 角度變化信號(hào)進(jìn)行處理和顯示。便攜式手動(dòng)控制器2的脈沖信號(hào)發(fā)生器21產(chǎn)生IOkHz脈 沖信號(hào)和邏輯高低電平，其中的IOkHz脈沖信號(hào)用來控制電機(jī)6的轉(zhuǎn)速，邏輯高低電平用來 控制電機(jī)6的轉(zhuǎn)向(高電平轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針，低電平的轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器5作為電機(jī) 6的驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)環(huán)節(jié)，由電機(jī)6執(zhí)行拖動(dòng)攻角機(jī)構(gòu)7的功能。具體操作時(shí)，先將便攜式角度顯示器12、便攜式手動(dòng)控制器2和增量式光電編碼 器11的信號(hào)電纜線以及各電源線接插好，然后按下便攜式角度顯示器12的電源開關(guān)按鈕， 便攜式角度顯示器12通電后將顯示攻角機(jī)構(gòu)7的當(dāng)前攻角度數(shù)，通過便攜式手動(dòng)控制器2 的方向控制按鈕23選擇運(yùn)行方向，然后按下便攜式手動(dòng)控制器2的電源開關(guān)按鈕22，則電 機(jī)驅(qū)動(dòng)器5收到便攜式手動(dòng)控制器2發(fā)出的信號(hào)后驅(qū)動(dòng)電機(jī)6轉(zhuǎn)動(dòng)，攻角機(jī)構(gòu)7開始運(yùn)行。 用戶可以通過便攜式角度顯示器12觀察當(dāng)前攻角的角度值來確定何時(shí)關(guān)閉便攜式手動(dòng)控 制器2的電源開關(guān)按鈕22來停止供電。見圖1及圖3，在進(jìn)行自動(dòng)控制時(shí)，整個(gè)控制系統(tǒng)由控制電路3的工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 31、開關(guān)量輸入輸出控制卡32和運(yùn)動(dòng)控制卡33作為控制核心。開關(guān)量輸入輸出控制卡32 接收便攜式角度顯示器12輸出的角度值BCD碼信號(hào)，由于采用并行BCD碼的方式，因此較 其他通信方式傳輸速度要快；所述的上限位開關(guān)41將上限位信號(hào)傳給運(yùn)動(dòng)控制卡33，下限 位開關(guān)將下限位信號(hào)傳給運(yùn)動(dòng)控制卡33，以擋片43與上限位開關(guān)41相接觸為例上限位 開關(guān)41將上限位信號(hào)傳給運(yùn)動(dòng)控制卡33的EL+端口，此時(shí)運(yùn)動(dòng)控制卡33只有反向運(yùn)動(dòng)和 EL-端口有效，從而有效保障攻角機(jī)構(gòu)7的安全運(yùn)行。運(yùn)動(dòng)控制卡33由其上限位信號(hào)輸入 端和下限位信號(hào)輸入端接收上下限位開關(guān)41、42發(fā)出的上下限位信號(hào)，由其驅(qū)動(dòng)器端口的故障信號(hào)端接收電機(jī)驅(qū)動(dòng)器5的狀態(tài)信號(hào)，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)31通過運(yùn)行計(jì)算機(jī)控制程序軟 件從而實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)量輸入輸出控制卡32和運(yùn)動(dòng)控制卡33的控制。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器5由于內(nèi)含 光耦隔離電路，能防止一旦驅(qū)動(dòng)電路發(fā)生故障，而造成其中的功率放大器中的高電平信號(hào) 進(jìn)入運(yùn)動(dòng)控制卡33而將運(yùn)動(dòng)控制卡33燒毀的情況的出現(xiàn)，并能提高系統(tǒng)的抗干擾性能，同 時(shí)也簡化了控制電路。工業(yè)控制計(jì)算機(jī)31控制運(yùn)動(dòng)控制卡33向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器5發(fā)出脈沖信 號(hào)，通過運(yùn)動(dòng)控制卡33提供的API函數(shù)優(yōu)化對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器5的控制，使電機(jī)6實(shí)現(xiàn)S形、梯 形等高級(jí)運(yùn)動(dòng)方式，從而提高系統(tǒng)整體的控制精度，并延長電機(jī)6的使用壽命。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 5驅(qū)動(dòng)電機(jī)6旋轉(zhuǎn)，電機(jī)6的動(dòng)力輸出軸帶動(dòng)攻角機(jī)構(gòu)7的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)71，使得天平支架79在 其動(dòng)翼79-3跟隨傳動(dòng)機(jī)構(gòu)71的水平移動(dòng)滑塊78左右移動(dòng)的過程中，圍繞其定翼79-2與 風(fēng)洞洞壁的鉸接點(diǎn)而轉(zhuǎn)動(dòng)，從而把電機(jī)6的角度變化轉(zhuǎn)變成攻角機(jī)構(gòu)7的天平支架79的角 度變化，而可對(duì)固定在天平支架79的安裝桿部79-1上的模型的攻角角度進(jìn)行變換，并測(cè)試 在各種角度下模型的相關(guān)攻角的數(shù)據(jù)。同時(shí)，安裝在第三蝸桿76上的增量式光電編碼器11 將角度變化脈沖信號(hào)傳給便攜式角度顯示器12，便攜式角度顯示器12將角度值BCD碼信號(hào) 傳給開關(guān)量輸入輸出控制卡32，開關(guān)量輸入輸出控制卡32反饋給工業(yè)控制計(jì)算機(jī)31，工業(yè) 控制計(jì)算機(jī)31通過其計(jì)算控制應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)攻角機(jī)構(gòu)7的高精度、高頻響閉環(huán)控制。本實(shí)用新型的上述實(shí)施例僅為說明本實(shí)用新型所作的舉例，而本實(shí)用新型實(shí)施方 式并不局限于此。對(duì)于屬于本實(shí)用新型的精神與原理下所作的修改、組合、簡化、替代等均 為等效替換，都仍然包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。(實(shí)施例2)本實(shí)施例的高速風(fēng)洞攻角控制系統(tǒng)其余與實(shí)施例1相同，不同之處在于電機(jī)驅(qū) 動(dòng)器5采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)6則采用相應(yīng)的伺服電機(jī)。
權(quán)利要求1.一種高速風(fēng)洞攻角控制系統(tǒng)，包括攻角機(jī)構(gòu)(7)；所述攻角機(jī)構(gòu)(7)包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和 由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的天平支架(79)；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括依次動(dòng)連接的齒輪減速箱(71)、第一蝸輪 (72)、第二蝸桿(73)、第二蝸輪(74)、傳動(dòng)軸(75)、第三蝸輪(76)和第三蝸桿(77)，還包括 與傳動(dòng)軸(75)螺紋轉(zhuǎn)動(dòng)連接的水平移動(dòng)滑塊(78)；水平移動(dòng)滑塊(78)與使用時(shí)固定于地 面或風(fēng)洞外壁上的滑軌滑動(dòng)連接，且水平移動(dòng)滑塊(78)與天平支架(79)的下端轉(zhuǎn)動(dòng)連接， 齒輪減速箱的(71)的動(dòng)力輸入軸(71-2)為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(71)的動(dòng)力輸入端；其特征在于還 包括增量式光電編碼器(11)、便攜式角度顯示器(12)、手動(dòng)控制器(2)、控制電路(3)、電機(jī) 驅(qū)動(dòng)器(5)和電機(jī)(6)；增量式光電編碼器(11)設(shè)有脈沖信號(hào)輸出端，安裝在攻角機(jī)構(gòu)(7)的第三蝸桿(77)上；便攜式角度顯示器(12)設(shè)有輸入端和輸出端；增量式光電編碼器(11)的脈沖信號(hào)輸 出端與便攜式角度顯示器(12)的輸入端電連接；手動(dòng)控制器(2 )設(shè)有控制信號(hào)輸出端；電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(5 )設(shè)有電源端、控制信號(hào)輸入端和 輸出端；手動(dòng)控制器(2)的控制信號(hào)輸出端與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(5)的控制信號(hào)輸入端電連接；控制電路(3)包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(31)、開關(guān)量輸入輸出控制卡(32)、運(yùn)動(dòng)控制卡 (33)和ISA總線，開關(guān)量輸入輸出控制卡(32)、運(yùn)動(dòng)控制卡(33)均通過ISA總線與工業(yè)控 制計(jì)算機(jī)(31)交互連接；開關(guān)量輸入輸出控制卡(32)設(shè)有信號(hào)輸入端；運(yùn)動(dòng)控制卡(33)設(shè) 有信號(hào)輸入端和驅(qū)動(dòng)器端口，所述的驅(qū)動(dòng)器端口包括控制信號(hào)輸出端；便攜式角度顯示器(12)的輸出端與開關(guān)量輸入輸出控制卡(32)的信號(hào)輸入端電連接；運(yùn)動(dòng)控制卡(33)的控制信號(hào)輸出端與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(5)的控制信號(hào)輸入端電連接； 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(5)的輸出端與所述電機(jī)(6)的電源輸入端電連接； 電機(jī)(6)的動(dòng)力輸出軸與攻角機(jī)構(gòu)(7)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(71)的作為動(dòng)力輸入件的齒輪減速 箱(71)的動(dòng)力輸入軸相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速風(fēng)洞攻角控制系統(tǒng)，其特征在于所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(5)是 內(nèi)含光耦隔離電路采用單脈沖控制方式的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器；電機(jī)(6)是混合式步進(jìn)電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速風(fēng)洞攻角控制系統(tǒng)，其特征在于電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(5)為伺服 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)(6)為相應(yīng)的伺服電機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述高速風(fēng)洞攻角控制系統(tǒng)，其特征在于所述增量式光 電編碼器(11)是增量式光電編碼器；所述便攜式角度顯示器(12 )是一個(gè)具有漏電保護(hù)功能的數(shù)字面板表，便攜式角度顯示 器(12)還設(shè)有電源開關(guān)按鈕；所述手動(dòng)控制器(2)包括脈沖信號(hào)發(fā)生器(21)、電源開關(guān)按鈕(22)和方向控制按鈕 (23)；脈沖信號(hào)發(fā)生器(21)為能產(chǎn)生脈沖信號(hào)和邏輯高低電平的電路，設(shè)有脈沖信號(hào)輸出 端和電平信號(hào)輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高速風(fēng)洞攻角控制系統(tǒng)，其特征在于所述便攜式角度顯示 器(12 )和手動(dòng)控制器(2 )組裝在一起構(gòu)成一個(gè)整體部件。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高速風(fēng)洞攻角控制系統(tǒng)，其特征在于還包括限位開關(guān)組件(4)；限位開關(guān)組件4包括上限位開關(guān)(41)、下限位開關(guān)(42)和擋片(43);上限位開關(guān)(41)和下限位開關(guān)(42)均設(shè)有觸動(dòng)端和信號(hào)輸出端；上限位開關(guān)(41)的 信號(hào)輸出端與運(yùn)動(dòng)控制卡(33)的上限位信號(hào)輸入端電連接，下限位開關(guān)(42)的信號(hào)輸出 端與運(yùn)動(dòng)控制卡(33)的下限位信號(hào)輸入端電連接；上限位開關(guān)(41)和下限位開關(guān)(42)安裝在風(fēng)洞的外洞壁上，擋片(43)固定在攻角機(jī) 構(gòu)(7)的第三蝸桿(77)上，且擋片(43)與上限位開關(guān)(41)和下限位開關(guān)(42)相靠近。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高速風(fēng)洞攻角控制系統(tǒng)，其特征在于所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(31)的型號(hào)為IPC-H432，內(nèi)設(shè)有用于控制攻角機(jī)構(gòu)(7)的相應(yīng)程 序軟件；開關(guān)量輸入輸出控制卡(32)的型號(hào)為PCL730，直接接插在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(31)的相 應(yīng)插槽上；運(yùn)動(dòng)控制卡(33)的型號(hào)為PCL839+，直接接插在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(31)的相應(yīng)插槽上； 運(yùn)動(dòng)控制卡(33)可同時(shí)控制三臺(tái)步進(jìn)電機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利1至3之一所述的高速風(fēng)洞攻角控制系統(tǒng)，其特征在于所述運(yùn)動(dòng)控制卡 (33)的驅(qū)動(dòng)器端口還設(shè)有故障信號(hào)端，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(5)設(shè)有相應(yīng)的故障信號(hào)端，運(yùn)動(dòng)控制卡 (33)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(5)兩者之間通過各自的故障信號(hào)端雙向連接。
專利摘要本實(shí)用新型屬于一種高速風(fēng)洞攻角控制系統(tǒng)，包括攻角機(jī)構(gòu)、增量式光電編碼器、便攜式角度顯示器、手動(dòng)控制器、控制電路、限位開關(guān)組件、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)；便攜式角度顯示器的輸入端接收安裝在攻角機(jī)構(gòu)尾端蝸桿上的增量式編碼器所發(fā)出的角度脈沖信號(hào)；便攜式手動(dòng)控制器輸出控制信號(hào)至電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)對(duì)風(fēng)洞模型攻角機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制的電機(jī)?？刂齐娐酚晒I(yè)控制計(jì)算機(jī)及插在其ISA總線上的運(yùn)動(dòng)控制卡和開關(guān)量輸入輸出控制卡來實(shí)現(xiàn)；開關(guān)量輸入輸出控制卡接收便攜式角度顯示器所發(fā)出的攻角角度BCD碼信號(hào)；運(yùn)動(dòng)控制卡接收電機(jī)驅(qū)動(dòng)器狀態(tài)信號(hào)及限位開關(guān)組件發(fā)出的限位信號(hào)，運(yùn)動(dòng)控制卡輸出控制信號(hào)至電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
文檔編號(hào)G01M9/04GK201903440SQ201020663530
公開日2011年7月20日 申請(qǐng)日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者宋偉, 羅印升, 邢紹邦, 陳太洪, 高倩 申請(qǐng)人:江蘇技術(shù)師范學(xué)院