本發(fā)明涉及的是航空航天風(fēng)洞試驗(yàn)領(lǐng)域，尤其是一種風(fēng)洞動(dòng)態(tài)多自由度試驗(yàn)機(jī)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)頻率相位同步控制裝置。
背景技術(shù)：
先進(jìn)飛行器在高機(jī)動(dòng)、高敏捷飛行時(shí)，其氣動(dòng)力數(shù)據(jù)呈現(xiàn)較強(qiáng)的非線性動(dòng)態(tài)特性和多自由度耦合特性，為準(zhǔn)確掌握其動(dòng)態(tài)特性和耦合機(jī)理，開展基于飛行器快速拉起、俯仰振動(dòng)以及強(qiáng)迫滾轉(zhuǎn)等多自由度的地面動(dòng)態(tài)氣動(dòng)力模擬試驗(yàn)，就需要在風(fēng)洞中建立一種動(dòng)態(tài)多自由度的聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)機(jī)構(gòu)。
該型試驗(yàn)機(jī)構(gòu)不僅需具備飛行器俯仰角的快速拉起、俯仰角的大振幅振動(dòng)以及滾轉(zhuǎn)角的強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)，還需具備俯仰角快速拉起和大振幅振動(dòng)與強(qiáng)迫滾轉(zhuǎn)的同步控制功能，由于大振幅振動(dòng)的大慣量和高頻率、快速拉起的快速性和大載荷以及與強(qiáng)迫滾轉(zhuǎn)的頻率相位同步控制等特殊要求，使得機(jī)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)頻率相位同步控制裝置設(shè)計(jì)難度較大，為了滿足該型多自由度試驗(yàn)裝置的聯(lián)動(dòng)頻率相位同步控制需求，我們開展了基于電機(jī)伺服和多軸運(yùn)動(dòng)控制器的聯(lián)動(dòng)頻率相位同步控制裝置研制工作，已成功研制出一種風(fēng)洞動(dòng)態(tài)多自由度試驗(yàn)機(jī)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)頻率相位同步控制裝置，在跨聲速風(fēng)洞試驗(yàn)領(lǐng)域，該型聯(lián)動(dòng)頻率相位同步控制裝置的研制尚屬首次。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的，就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種風(fēng)洞動(dòng)態(tài)多自由度試驗(yàn)機(jī)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)頻率相位同步控制裝置的技術(shù)方案，該方案不僅能準(zhǔn)確地控制俯仰角快速拉起和大振幅振動(dòng)、滾轉(zhuǎn)角地強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)，且能實(shí)現(xiàn)俯仰角快速拉起和大振幅振動(dòng)與滾轉(zhuǎn)角強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)的頻率相位同步控制。
本方案是通過如下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)的：
一種風(fēng)洞動(dòng)態(tài)多自由度試驗(yàn)機(jī)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)頻率相位同步控制裝置，包括有主控計(jì)算機(jī)、多軸運(yùn)動(dòng)控制器、驅(qū)動(dòng)電源、編碼器接口模塊、軸驅(qū)動(dòng)器、制動(dòng)模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、角度編碼器；主控計(jì)算機(jī)與多軸運(yùn)動(dòng)控制器相連；多軸運(yùn)動(dòng)控制器分別與軸驅(qū)動(dòng)器、角度編碼器以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)置編碼器連接；軸驅(qū)動(dòng)器均與驅(qū)動(dòng)電源、制動(dòng)模塊以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接；執(zhí)行機(jī)構(gòu)和角度編碼器連接，其內(nèi)置編碼器接入多軸運(yùn)動(dòng)控制器；角度編碼器通過編碼器接口模塊與多軸運(yùn)動(dòng)控制器相連。
作為本方案的優(yōu)選：主控計(jì)算通過TCP/IP協(xié)議和多軸運(yùn)動(dòng)控制器連接。
作為本方案的優(yōu)選：執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)置編碼器、角度編碼器及軸驅(qū)動(dòng)器均通過Drive-CliQ總線與多軸運(yùn)動(dòng)控制器組態(tài)。
作為本方案的優(yōu)選：多軸運(yùn)動(dòng)控制器控制軸數(shù)4-8軸，伺服周期為0.5ms-1ms。
作為本方案的優(yōu)選：執(zhí)行機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)或異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其中A軸執(zhí)行機(jī)構(gòu)可由兩臺(tái)伺服電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)或是單臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，B軸執(zhí)行機(jī)構(gòu)可由伺服電機(jī)或三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，C軸執(zhí)行機(jī)構(gòu)可由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，且A軸和B軸在同一時(shí)間僅有一軸工作。
作為本方案的優(yōu)選：角度編碼器單圈分辨率為14-17位。
作為本方案的優(yōu)選：驅(qū)動(dòng)電源額定功率為50kW-160kW；同步驅(qū)動(dòng)方式下A軸執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器額定功率為20kW-80kW，單臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式下電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器額定功率為30kW-120kW；B軸執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器額定功率為20kW-50kW；C軸執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器額定功率為0.5kW-5kW。
本方案的有益效果可根據(jù)對(duì)上述方案的敘述得知，由于在該方案中采用多軸運(yùn)動(dòng)控制器、Drive-CliQ總線組態(tài)，成功地解決了俯仰角快速拉起和大振幅振動(dòng)與滾轉(zhuǎn)角強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)間的頻率相位同步控制，亦首次在國(guó)內(nèi)兩米量級(jí)跨聲速風(fēng)洞得到成功應(yīng)用，滿足了飛行器風(fēng)洞動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的迫切需求。
由此可見，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步，其實(shí)施的有益效果也是顯而易見的。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為能清楚說明本方案的技術(shù)特點(diǎn)，下面通過一個(gè)具體實(shí)施方式，并結(jié)合其附圖，對(duì)本方案進(jìn)行闡述。
通過附圖可以看出，本方案包括有主控計(jì)算機(jī)、多軸運(yùn)動(dòng)控制器、驅(qū)動(dòng)電源、編碼器接口模塊、軸驅(qū)動(dòng)器、制動(dòng)模塊、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、角度編碼器；主控計(jì)算機(jī)與多軸運(yùn)動(dòng)控制器相連；多軸運(yùn)動(dòng)控制器分別與軸驅(qū)動(dòng)器、角度編碼器以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)置編碼器連接；軸驅(qū)動(dòng)器均與驅(qū)動(dòng)電源、制動(dòng)模塊以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接；執(zhí)行機(jī)構(gòu)和角度編碼器連接，其內(nèi)置編碼器接入多軸運(yùn)動(dòng)控制器；角度編碼器通過編碼器接口模塊與多軸運(yùn)動(dòng)控制器相連。主控計(jì)算通過TCP/IP協(xié)議和多軸運(yùn)動(dòng)控制器連接。執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)置編碼器、角度編碼器及軸驅(qū)動(dòng)器均通過Drive-CliQ總線與多軸運(yùn)動(dòng)控制器組態(tài)。多軸運(yùn)動(dòng)控制器控制軸數(shù)4-8軸，伺服周期為0.5ms-1ms。執(zhí)行機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)或異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其中A軸執(zhí)行機(jī)構(gòu)可由兩臺(tái)伺服電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)或是單臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，B軸執(zhí)行機(jī)構(gòu)可由伺服電機(jī)或三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，C軸執(zhí)行機(jī)構(gòu)可由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，且A軸和B軸在同一時(shí)間僅有一軸工作。角度編碼器單圈分辨率為14-17位。驅(qū)動(dòng)電源額定功率為50kW-160kW；同步驅(qū)動(dòng)方式下A軸執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器額定功率為20kW-80kW，單臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式下電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器額定功率為30kW-120kW；B軸執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器額定功率為20kW-50kW；C軸執(zhí)行機(jī)構(gòu)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器額定功率為0.5kW-5kW。
其中，多軸運(yùn)動(dòng)控制器為西門子SIMOTION D425-2型控制器；驅(qū)動(dòng)電源選用西門子ALM主動(dòng)型電源模塊，其額定輸出功率120kW；A軸執(zhí)行機(jī)構(gòu)由1FT6伺服電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)，額定功率70.7kW，適配驅(qū)動(dòng)器額度功率107 kW；B軸執(zhí)行機(jī)構(gòu)由三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，額定功率22 kW，適配驅(qū)動(dòng)器額度功率24 kW；C軸執(zhí)行機(jī)構(gòu)由1FK系列伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，額定功率0.82KW，適配驅(qū)動(dòng)器額度功率1.6KW；編碼器接口模塊采用西門子SMC型SSI/Drive-CliQ轉(zhuǎn)換模塊；A軸角度編碼器采用AC58型17位軸系編碼器，B軸角度編碼器采用AC58型14位軸系編碼器。
工作過程為：若控制指令為單軸角度和速度控制，風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)，主控計(jì)算機(jī)向多軸運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)送單軸控制指令。按控制指令多軸運(yùn)動(dòng)控制器向A軸驅(qū)動(dòng)器或B軸驅(qū)動(dòng)器或C軸驅(qū)動(dòng)器發(fā)送控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)單軸運(yùn)動(dòng)，包括快速拉起機(jī)構(gòu)-15°～75°區(qū)間往復(fù)拉起，俯仰振動(dòng)機(jī)構(gòu)在-45°～45°區(qū)間正弦運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)迫滾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在-90°～90°區(qū)間正弦運(yùn)動(dòng)。試驗(yàn)完成后機(jī)構(gòu)停止；若控制指令為俯仰角快速拉起和大振幅振動(dòng)與強(qiáng)迫滾轉(zhuǎn)的聯(lián)動(dòng)頻率相位同步控制，風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)，先啟動(dòng)俯仰角快速拉起或大振幅振動(dòng)機(jī)構(gòu)，待運(yùn)行穩(wěn)定后，啟動(dòng)強(qiáng)迫滾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，通過聯(lián)動(dòng)同步控制算法實(shí)現(xiàn)與快速拉起或大振幅振動(dòng)機(jī)構(gòu)的頻率相位同步控制，試驗(yàn)完成后各軸運(yùn)動(dòng)停止。
實(shí)施例2
一種風(fēng)洞動(dòng)態(tài)多自由度試驗(yàn)機(jī)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)頻率相位同步控制裝置，其A軸執(zhí)行機(jī)構(gòu)由兩臺(tái)1FT6伺服電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)，單臺(tái)額定功率45.5kW，適配驅(qū)動(dòng)器額度功率71 kW?？刂蒲b置的其余部件與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例3
一種風(fēng)洞動(dòng)態(tài)多自由度試驗(yàn)機(jī)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)頻率相位同步控制裝置，其B軸執(zhí)行機(jī)構(gòu)由1FT6伺服電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)，單臺(tái)額定功率24.5kW，適配驅(qū)動(dòng)器額度功率32 kW。控制裝置的其余部件與實(shí)施例1相同。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出的是，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。