[发明专利]一种风洞三自由度模型插入机构控制系统及方法

说明书

一种风洞三自由度模型插入机构控制系统及方法，所述的三个自由度分别为竖直Y方向、水平X方向、俯仰α方向；试验模型的Y方向、X方向上安装位移传感器、α方向安装角度传感器；三个自由度上均安装执行器，通过驱动元件驱动执行器实现对应的运动；试验模型插入机构的X方向、α方向自由度及其执行器均放置于一个水平工作平台上，由Y向自由度支撑；上位机以运动序列的形式，将当前试验的常规运动序列按顺序逐条打包并处理成PXI控制器能够识别的指令形式发送至PXI控制器；PXI控制器接收上述指令并进行解析，形成对应驱动元件的控制指令并发送至对应的驱动元件，接收PXI多功能采集板卡的反馈信息，当执行器执行到位时，反馈运动到位信息至上位机；当所有运动序列均完成后，上位机及PXI控制器均进入待机状态。

技术领域

本发明涉及一种风洞三自由度模型插入机构控制系统，适用于大型高超声速风洞中多自由度模型插入机构安全、灵活、快速、精准的定位。

背景技术

风洞试验是一种常见的空气动力学研究方式，模型插入机构是风洞试验对象进行各种姿态模拟的载体，对模型插入机构进行安全、快速、精准的控制是风洞试验的重要环节。

目前常用的模型插入机构多为单自由度或双自由度的运动应用环境，且多采用工控机或PLC进行控制，导致模型姿态单一、控制实时性差，造成风洞试验资源浪费。

在大型高超声速风洞中，试验环境恶劣、危险性高、耗电耗气量巨大，需要一种能提供安全、灵活、快速、精准模型运动定位的控制系统。

发明内容

本发明的技术解决问题是：为克服上述缺点并满足风洞试验技术日益增高的要求本发明提供了一种风洞三自由度模型插入机构控制系统，为大型高超声速风洞中的三自由度模型插入机构提供安全、灵活、快速、精准的定位。

本发明的技术解决方案是：一种风洞三自由度模型插入机构控制系统，所述的三个自由度分别为竖直Y方向、水平X方向、俯仰α方向；包括上位机、PXI控制器、PXI多功能采集板卡、驱动元件和执行器，位移传感器、角度传感器；PXI多功能采集板卡采集位移传感器、角度传感器的信号；

试验模型的Y方向、X方向上安装位移传感器、α方向安装角度传感器；三个自由度上均安装执行器，通过驱动元件驱动执行器实现对应的运动；试验模型插入机构的X方向、α方向自由度及其执行器均放置于一个水平工作平台上，由Y向自由度支撑；

上位机以运动序列的形式，将当前试验的常规运动序列按顺序逐条打包并处理成PXI控制器能够识别的指令形式发送至PXI控制器；

PXI控制器接收上述指令并进行解析，形成对应驱动元件的控制指令并发送至对应的驱动元件，接收PXI多功能采集板卡的反馈信息，当执行器执行到位时，反馈运动到位信息至上位机；

当所有运动序列均完成后，上位机及PXI控制器均进入待机状态。

优选的，上位机上的运动序列还包括紧急回零序列，紧急回零序列设置为各自由度以最大速度无延迟依次回到各自由度最安全的位置；当需要紧急回零时，上位机将紧急回零序列按照α方向、X方向、Y方向顺序逐条打包并处理成PXI控制器能够识别的指令形式发送至PXI控制器；由PXI控制器根据指令控制驱动元件带动执行器使得试验模型回到各自由度最安全的位置。

优选的，上位机上设计运动序列设置模块，该模块接收外部输入的运动序列；或者提供界面，由人工输入运动序列。

优选的，通过限位开关和急停按钮的方式，实现整个插入机构的总急停、或Y向急停、或X向急停，或α向急停，或者任意多个自由度的急停。

优选的，所述的急停通过在每个自由度上设置两个限位开关、急停按钮、两通道继电器实现；具体的，每个自由度的两个限位开关和急停按钮均采用常闭点且接到对应的两通道继电器上，作为继电器线圈的吸合信号；用于各自由度动力源的控制线串接通过上述三个两通道继电器的一个通道，两通道继电器的另外一个通道与PXI多功能采集板卡连接。