连续式跨声速风洞喷管段的半柔壁喉块与柔板协调控制方法
专利类型：发明专利
语 言：中文
申 请 号：CN201711489479.X
申 请 日：20171229
发 明 人：皮阳军李念平刘飞谢志江宋代平陈振华尹永涛廖文林张浩张志秋
申 请 人：重庆大学中国空气动力研究与发展中心设备设计及测试技术研究所
申请人地址：400044 重庆市沙坪坝区沙正街174号
公 开 日：20180629
公 开 号：CN108225712A
代 理 人：王翔
代理机构：重庆大学专利中心 50201
摘 要：本发明公开了一种连续式跨声速风洞喷管段的半柔壁喉块与柔板协调控制方法，在目标马赫数气动型面成型试验中，通过控制喷管段的可调收缩段、喉块段、柔板段三部分来模拟目标马赫数所要求气动型面。本发明的连续式跨声速风洞喷管段的半柔壁喉块与柔板协调控制方法能实时监测喉块与柔板连接处的拉压力，通过一种偏差带控制方法，保证拉压力为较小值，从而很好对喉块与柔板实现刚柔耦合协调控制，保证气动型面精度要求，提高系统安全性。
主 权 项：1.一种连续式跨声速风洞喷管段的半柔壁喉块与柔板协调控制方法，其特征在于：所述的协调控制方法使用的设备包括上位计算机、下位计算机、驱动器、执行器、位置传感器和力传感器；所述的执行器包括控制可调收缩块、喉块、柔板每个驱动单元的执行器，所述的驱动器包括与执行器对应的驱动器；其连接关系是，所述的上位计算机、下位计算机和驱动器通过网线连接，驱动器和执行器通过信号线和动力线连接，位置传感器、力传感器和下位计算机通过信号线连接；喉块及柔板机构内安装有位置传感器；喉块与柔板用螺栓连接，连接处安装有力传感器；所述的驱动器驱动执行器控制喉块与柔板协调运动；所述的上位计算机安装有人机互动程序，人机互动程序用于读取和写入数据、执行试验、显示当前速度和位置、显示力信号；所述的下位计算机安装有PLC程序，PLC程序用于控制喉块、柔板模型运动、连接力、位置监测；所述的位置传感器检测喉块、柔板模型的运行位置信号，并将其传送到下位计算机；所述的力传感器检测喉块和柔板连接处的力信号，并将其传送到下位计算机；所述的连续式跨声速风洞喷管段的半柔壁喉块与柔板协调控制方法包括以下几个步骤：1)根据大变形理论分析建立柔板的弹性变形曲线；弹性曲面微分变形协调方程为式式中：D——抗弯刚度；
δ——厚度(mm)；μ——泊松比；q——单位面积载荷(N/mm2)；w——挠度(mm)；X——坐标系x轴向；2)根据柔板的弹性变形曲线拟合出喉块与柔板连接处的轨迹线，作为喉块与柔板连接处理论轨迹线S；3)上位计算机读取喉块理论轨迹线S、目标马赫数、达到目标马赫数时柔板的驱动量，并将其写入下位计算机；4)控制流程如下：S01下位计算机按照控制周期将柔板执行机构位移量离散为n个微分位移Δs1；S02根据步骤1)弹性变形曲线计算出柔板每个驱动单元驱动量
以及柔板与喉块搭接处点的空间位姿
并把单元驱动量
输入驱动器；本步骤中：q10：柔板第一组执行器驱动量；q20：柔板第二组执行器驱动量；q30：柔板第三组执行器驱动量；x：全局坐标系下，喉块与柔板搭接点处的x坐标；y：全局坐标系下，喉块与柔板搭接点处的y坐标；θ：全局坐标系下，喉块与柔板搭接点绕z轴的转角；S03下位计算机监测柔板是否达到微分驱动量Δs1，如果达到Δs1则进入流程S04，否则返回流程S02，继续输入柔板执行机构位移量；S04下位计算机根据柔板与喉块搭接处点的空间位姿
根据公式(1)逆解出喉块执行机构微分位移Δs2，并输入驱动器；
本步骤中：J3×3为雅可比矩阵；q11：喉块第一组执行器驱动量；q21：喉块第二组执行器驱动量；q31：喉块第三组执行器驱动量；S05下位计算机通过力传感器监测喉块与柔板连接处切向力信号；若切向力在预设阈值Fmax之内，则认为喉块与柔板运动是相协调的，无需补偿，进入流程S07；S06若切向力超过阈值范围，判断切向力是拉力还是压力：若是拉力，则按照正偏差带控制，控制结束后返回S05，再次监测切向力，直至切向力在阈值范围内；若是压力，按照负偏差带控制，控制结束后返回S05，再次监测切向力，直至切向力在阈值范围内。S07下位计算机通过位置传感器监测喉块位移信号；若喉块执行器没有达到微分位移量Δs2，程序返回流程S04，再次输入喉块执行机构理论微分位移量，直至达到Δs2为止；若喉块执行器达到微分位移量Δs2，进入下一流程S08；S08判断柔板是否达到目标马赫数对应的气动型面，如果没达到，程序返回流程S02，输入下一微分运动柔板执行机构驱动量，再次循环上述流程；柔板达到目标马赫数对应的气动型面则结束所有流程。
关 键 词：喉块;喷管;协调控制;气动型面;连续式;风洞;柔壁;马赫数;系统安全性;板连接处;刚柔耦合;精度要求;模拟目标;实时监测;偏差带;收缩段;板段;可调;成型;保证;试验
法律状态：
IPC专利分类号：G01M9/02(2006.01)I,G05B19/05(2006.01)I,G05B11/42(2006.01)I