#

加载中,请稍等...

风洞实验模型控制系统

【摘要】进气道风洞试验模型中使用电机实现运动机构的调节,以往一直都使用步进电机,随着试验技术的进步,模型结构越来越精细,尺寸更小的伺服电机也在模型结构中开始应用。原有的电机控制设备只能实现一路或两路的步进电机运动控制,功能单一且设备陈旧老化,因此开发一套通用性好,功能更强,使用更方便的电机运动控制系统。本文主要对基于 Trio 多轴控制器下的 MOTEC 步进电机、伺服电机来实现风洞试验模型的应用进行概述。

【关键字】风洞;步进电机;PID 调节;

image.png

一、 系统结构

1.1  实现功能

(1) 可实现最多 4 路步进电机+4 路伺服电机的控制。使用中 8 个通道独立工作,但通道之间有时序配合,要求系统的视觉同步精度达到毫秒级。

(2) 界面能手动输入运转方向,脉冲控制量,起点,终点值等。

(3) 可进行静态试验,动态试验,保存曲线,并能保存为位图。

1.2  系统设计


image.png

基本配置:

控制系统采用 Trio ME309 独立控制器,4 轴模拟全闭环控制,另外 4 轴步进控制,模拟采集位置。各伺服步进控制器与限位信号,采集信号,电位器信号等都单独做成航插,方便连接。上位机使用本公司通过 VC 开发的系统软件。

二、 工作过程及试验流程

2.1  工作过程

计算机根据任务需求向控制器发送控制指令,控制器接受指令后向各路步进/伺服电机驱动器发送驱动信号,驱动器根据收到的信息驱动电机转动,电机旋转带动运动机构实现所需的部件运动。在控制过程中,安装在电机轴或运动机构上的反馈装置将位置信息提供给控制器,计算机可读取反馈信息用于计算和监视。

2.2  试验流程

(1)手动调试

启动手动调试à设置通道参数à检验方向设置à检验限位开关à计算控制变量à手动运行并检测à结束。

(2)稳态试验

启动稳态试验流程à设置流程控制参数à运行试验自动控制à所有通道归零à系统初始à等待开始(风洞流场稳定,提供 1 个触发信号并计时)à所有通道到位置1(录像)à延时 T(给风洞信号,执行数据采集)à等待回应(风洞完成采集)—>所有

通道到位置 2(录像)à延时 T(给风洞信号,执行数据采集)à等待回应(风洞完成采集)-------- >所有通道到位置 n(录像)à延时 T(给风洞信号,执行数据采集)à等待回应(风洞完成采集)—>结束(计时完成,录像结束)。

(3)动态试验

启动动态试验流程à设置通道控制参数à运行试验自动控制à所有通道归零à系统初始à等待开始(风洞流场稳定,提供 1 个触发信号并计时)à自动运行(按文件)—>结束(计时完成,录像结束)。

三、控制系统

3.1  主要功能

(1) 读取或保存曲线文件,并能将当前曲线保存为图片。

(2) 可对伺服轴进行 PID 调节,进行参数设置。

(3) 直观显示各种数据,通道名称,目标位置,实际位置,限位状态等。

(4) 可任意选取显示/隐藏各通道曲线。

(5) 手动调试功能:可任意通道选择,启停通道,起终点设置;限位常开、常闭选择;电机旋转方向选择;速度/加速度/控制量的设置,全部复位,单轴复位;手动方向移动,调试参数单独保存与读取。

(6) 稳态试验功能:导入手动调试中的速度/加速度参数,自动输入控制点数量(0~200),可方便设置每个轴的速度加速度,控制点位置,延时等参数。采集延时设为 0,当前点不进行采集,直接移动到下一点。并能将参数单独保存与读取。试验运行时,能显示总控制点数,当前点数,当前延时,采集等的显示。可进行启动,暂停,继续,停止等操作。

(7) 动态试验功能:通过记事本编辑数据文件,格式第一数据为时间,各通道位置。数据之间通过空格区分,一行作为一组数据。软件通过各点时间与位置自动规划运动轨迹,保证对应时间移动到相应位置处,进行平滑运动。时间间隔必须相等,否则各点运动不平滑。试验运行时,能显示录像采集,数据采集,试验计时等的显示。可进行启动,暂

停,继续,停止等操作。

3.2 界面介绍

image.png

菜单及工具栏,包括文件操作,文本操作,参数设置等基本操作。左边参数显示区:实时显示 8 通道名称、反馈值、目标值、起始限位状态、终止限位状态。名称,显示手动调试中设置的通道名称。反馈值,实时显示测试的通道位置。目标值,显示稳态试验和动态试验时将要移动到的位置。起始/终止,显示起始与终止限位状态,触发时显示红色,平时灰色。曲线颜色,选择/取消显示 8 通道测试曲线颜色。右边曲线显示区:进行稳态试验与动态试验时显示选择通道的时间与行程曲线。横坐标为试验时间,纵坐标显示移动的行程。试验前要正确设置行程与时间,否则不能完整显示。相关设置在系统参数中。

3.3  菜单介绍

打开文件、保存文件、保存位图、手动调试、稳态试验、动态试验、系统参数、退出系统。这些功能实现在功能介绍中以介绍。

四、结束语

此系统已成功应用,并且各项指标达到或超过客户要求,系统稳定可靠。软件开发考虑周全,符合客户要求,并且提供许多方便快捷的操作方式,菜单、按钮、快捷键多种方法操作;并且显示各种运行数据,比较直观。