專利名稱：風(fēng)洞馬赫數(shù)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)洞氣流控制的技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種風(fēng)洞馬赫數(shù)控制器。
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)，并可量 度氣流對(duì)物體的作用以及觀察物體現(xiàn)象的一種管道試驗(yàn)設(shè)備。簡(jiǎn)而言之，風(fēng)洞是在一個(gè)管 道內(nèi)用動(dòng)力設(shè)備驅(qū)動(dòng)一股速度可控的氣流，用以對(duì)模型進(jìn)行空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的一種設(shè)備。 風(fēng)洞起源于航空航天技術(shù)的發(fā)展需要，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，也已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)和建筑領(lǐng)域。高速風(fēng)洞主要由空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣系統(tǒng)(氣源)、風(fēng)洞、控制與測(cè)試系統(tǒng)組成?？?制與測(cè)試系統(tǒng)由馬赫數(shù)控制部分和模型姿態(tài)控制部分、數(shù)據(jù)測(cè)試部分和相應(yīng)的軟件構(gòu)成。 風(fēng)洞結(jié)構(gòu)示意如圖1所示，風(fēng)洞試驗(yàn)的過(guò)程及原理為空氣壓縮機(jī)把外界的空氣壓縮、干燥 后，經(jīng)高壓管道輸送到儲(chǔ)氣罐中，當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣體壓力達(dá)到SMPa后，就可進(jìn)行風(fēng)洞吹風(fēng)試 驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，先運(yùn)行風(fēng)洞測(cè)控程序，在其中設(shè)定馬赫數(shù)控制參數(shù)、攻角及模型等有關(guān)參數(shù)。 開(kāi)啟調(diào)壓閥和快速閥，高速氣流經(jīng)調(diào)壓閥、穩(wěn)定段和噴管后，加速到達(dá)試驗(yàn)段。在風(fēng)洞試驗(yàn) 段內(nèi)的天平上安裝有需要測(cè)試的試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀４藭r(shí)，通過(guò)馬赫數(shù)控制裝置不斷調(diào)整調(diào)壓閥開(kāi) 度從而調(diào)節(jié)氣流馬赫數(shù)，在試驗(yàn)段內(nèi)控制氣流馬赫數(shù)達(dá)到設(shè)定值的過(guò)程中，就可以啟動(dòng)攻 角機(jī)構(gòu)改變?cè)囼?yàn)?zāi)Ｐ偷竭_(dá)所需的姿態(tài)，當(dāng)試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥藨B(tài)到位且氣流馬赫數(shù)控制達(dá)到設(shè)定值 后，通過(guò)風(fēng)洞中的天平來(lái)測(cè)試作用在試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕系淖枇?、升力、俯仰力矩等多個(gè)空氣動(dòng)力參 數(shù)。一組數(shù)據(jù)采集完畢后，改變?cè)囼?yàn)?zāi)Ｐ妥藨B(tài)或改變氣流馬赫數(shù)重復(fù)上述過(guò)程。當(dāng)整個(gè)試 驗(yàn)任務(wù)完畢后，關(guān)閉風(fēng)洞快速閥，隨后，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。馬赫數(shù)為物體速度與音速的比值，即音速的倍數(shù)。風(fēng)洞馬赫數(shù)為在風(fēng)洞的管道內(nèi)， 氣流速度與音速的比值。風(fēng)洞馬赫數(shù)的控制技術(shù)和控制水平影響著整個(gè)風(fēng)洞的流場(chǎng)品質(zhì)和精確度。在風(fēng)洞 建成后，風(fēng)洞的改造任務(wù)中馬赫數(shù)的控制精度作為一項(xiàng)重要的內(nèi)容來(lái)考慮。由于高速風(fēng)洞 氣源容量、壓力不同，試驗(yàn)段尺寸不同，雖然馬赫數(shù)控制指標(biāo)要求相近，但是控制馬赫數(shù)的 執(zhí)行機(jī)構(gòu)不同，控制策略和相應(yīng)的參數(shù)也不同。目前相關(guān)的控制器還沒(méi)有通用的，需要根據(jù) 具體風(fēng)洞情況進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、流場(chǎng)品質(zhì)和精度較高的風(fēng)洞馬 赫數(shù)控制器。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種風(fēng)洞馬赫數(shù)控制器，其包括工業(yè)PC機(jī)， 與該工業(yè)PC機(jī)相連的ISA總線，與ISA總線相連的用于控制調(diào)壓閥和快速閥的模擬量輸出 控制電路，與ISA總線相連的用于獲取氣壓、溫度、調(diào)壓閥開(kāi)度和作用在試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕系亩鄠€(gè) 空氣動(dòng)力參數(shù)的數(shù)據(jù)采集電路，與ISA總線相連的用于通過(guò)控制攻角機(jī)構(gòu)而控制試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥藨B(tài)的開(kāi)關(guān)量輸入輸出電路。在風(fēng)洞試驗(yàn)的啟動(dòng)階段采用帶有自調(diào)因子的模糊控制方法來(lái)控制風(fēng)洞的試驗(yàn)段 中氣流的馬赫數(shù)，當(dāng)試驗(yàn)段中氣流的實(shí)際馬赫數(shù)Ma < 3 Δ MW時(shí)，改為采用PID控制方法控 制該試驗(yàn)段中氣流的馬赫數(shù)；所述AMW為判斷實(shí)際馬赫數(shù)Ma是否穩(wěn)定的誤差值，Δ麗在 0. 001-0. 005范圍內(nèi)取值。當(dāng)工業(yè)PC機(jī)連續(xù)5次判定實(shí)際馬赫數(shù)Ma在Δ MW內(nèi)，且試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷墓ソ且训轿患?試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥藨B(tài)處于預(yù)設(shè)姿態(tài)時(shí)，工業(yè)PC機(jī)通過(guò)所述數(shù)據(jù)采集電路采集作用在試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕?的多個(gè)空氣動(dòng)力參數(shù)；然后控制試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥兓较乱粋€(gè)攻角和/或控制試驗(yàn)段中的氣流變 化到下一馬赫數(shù)，并重復(fù)上述的馬赫數(shù)控制和各空氣動(dòng)力參數(shù)數(shù)據(jù)的采集過(guò)程。進(jìn)一步，所述的帶有自調(diào)因子的模糊控制方法包括如下步驟分別選取當(dāng)前計(jì)算 出的實(shí)際馬赫數(shù)和設(shè)定馬赫數(shù)、風(fēng)洞穩(wěn)定段的總壓和實(shí)際測(cè)量值之間的誤差(E)和誤差變 化率(EC)作為模糊控制器的輸入變量，U定義為控制變量；E、EC及U的論域選取如下式 {E} = {EC} = {U} = {-N，…，-2，-1,0,1,2,…，N}，則在全論域范圍內(nèi)帶有自調(diào)因子
！
的模糊控制規(guī)則可表示為U = XE+(l-a)XEC]，其中α =y . | :: jE)+ a

0 ^ a0 ^ as ^ 1, α e [a0, as]。進(jìn)一步，所述PID控制方法的控制步驟包括工業(yè)PC機(jī)將測(cè)得的風(fēng)洞中實(shí)際的馬 赫數(shù)與設(shè)定的馬赫數(shù)比較后，經(jīng)過(guò)控制器中控制算法的計(jì)算，再經(jīng)過(guò)模擬量輸出控制電路 輸出控制信號(hào)，以調(diào)節(jié)調(diào)壓閥門(mén)開(kāi)度，以實(shí)現(xiàn)馬赫數(shù)的閉環(huán)控制。進(jìn)一步，所述試驗(yàn)段中的實(shí)際馬赫數(shù)的測(cè)量步驟包括實(shí)時(shí)采集風(fēng)洞穩(wěn)定段總壓 Poi和試驗(yàn)段靜壓P11,依據(jù)公式PQ = Po1-Poo+Pao和P1 = Pll-PlO+PaO計(jì)算出相對(duì)總壓P。和相 對(duì)靜壓P1值；再根據(jù)公式=Ma = sqrt (5. 0* (POW (P1AV-0. 2857)-1. 0))，計(jì)算出實(shí)際馬赫數(shù) Ma0進(jìn)一步，在風(fēng)洞試驗(yàn)的啟動(dòng)階段，根據(jù)積累的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，預(yù)開(kāi)調(diào)壓閥到指定開(kāi)度， 然后打開(kāi)風(fēng)洞快速閥，高速氣流經(jīng)調(diào)壓閥、穩(wěn)定段和噴管后，加速到達(dá)試驗(yàn)段。本發(fā)明的積極效果(1)本發(fā)明的風(fēng)洞馬赫數(shù)控制器，基于風(fēng)洞氣源容量、壓力和 馬赫數(shù)控制指標(biāo)要求，提出了有效的馬赫數(shù)控制策略，設(shè)計(jì)了風(fēng)洞馬赫數(shù)控制器，實(shí)現(xiàn)了對(duì) 0. 6米跨超音速風(fēng)洞的連續(xù)馬赫數(shù)和單噴管時(shí)的總壓控制，達(dá)到了 0. 2%的控制精度要求。 控制的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間短、無(wú)超調(diào)，提高了試驗(yàn)的效率、節(jié)約了氣源，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。 (2)本發(fā)明的跨超音速風(fēng)洞的連續(xù)馬赫數(shù)控制精度要求達(dá)到0. 002以內(nèi)，單噴管時(shí)總壓控 制精度要求達(dá)到0. 2%，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間短、超調(diào)小或無(wú)超調(diào)，以提高試驗(yàn)效率、節(jié)約氣源，實(shí) 現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。隨著風(fēng)洞試驗(yàn)的進(jìn)行，在馬赫數(shù)的控制過(guò)程中，氣源壓力會(huì)快速下降， 且在不同的氣源壓力、不同的試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥枞认?，馬赫數(shù)和總壓控制的參數(shù)是不同的，此外 有些變量是難以預(yù)知的。面對(duì)這樣一個(gè)非線性、多影響因素的系統(tǒng)，建立精確的數(shù)學(xué)模型 是很困難的，采用單一的控制策略難以達(dá)到控制要求。為了提高風(fēng)洞馬赫數(shù)和總壓控制的 精度、快速性和進(jìn)入誤差帶后的穩(wěn)定性，在控制策略上采用分時(shí)間段使用不同的控制算法 (亞跨音速馬赫數(shù)控制、超音速總壓控制均分為粗控和細(xì)調(diào)兩個(gè)階段)，在此基礎(chǔ)上增加前 饋控制環(huán)節(jié)和增加調(diào)壓閥預(yù)開(kāi)度的方法。增加前饋控制環(huán)節(jié)即就是根據(jù)氣源壓力的降低， 對(duì)控制器提前增加一個(gè)控制量；調(diào)壓閥預(yù)開(kāi)度就是每次開(kāi)始風(fēng)洞試驗(yàn)前，計(jì)算機(jī)根據(jù)當(dāng)前的球罐壓力(氣源壓力)和第一個(gè)設(shè)定到的馬赫數(shù)，將調(diào)壓閥門(mén)調(diào)整到指定的開(kāi)度(預(yù)開(kāi) 度)。粗控階段采用帶有自調(diào)因子的模糊智能控制算法，該智能控制方法可增強(qiáng)亞跨音速 和超音速馬赫數(shù)控制的適應(yīng)性、快速性；細(xì)調(diào)階段采用常規(guī)的PID控制算法以保證系統(tǒng)控 制的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性。兩者共同作用的結(jié)果是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制的快速性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。將 實(shí)際馬赫數(shù)Ma和給定的馬赫數(shù)Mo進(jìn)行比較，得到偏差A(yù)M = Mo-Ma,根據(jù)帶有自調(diào)因子的 模糊智能控制算法或者常規(guī)的PID控制算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，控制算法的控制周期為0. 1秒。當(dāng) 控制算法連續(xù)5次判定實(shí)際馬赫數(shù)Ma在給定的誤差范圍內(nèi)且試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷墓ソ且训轿粫r(shí)，數(shù) 據(jù)采集系統(tǒng)采集天平輸出信號(hào)，采集數(shù)據(jù)完成后，系統(tǒng)自動(dòng)變化到下一個(gè)攻角或者馬赫數(shù) (通常稱為試驗(yàn)的下一個(gè)狀態(tài))，然后重復(fù)前述的控制過(guò)程直到試驗(yàn)結(jié)束。(3)為了提高風(fēng) 洞馬赫數(shù)和總壓控制的精度、快速性和進(jìn)入誤差帶后的穩(wěn)定性，在控制策略上采用分時(shí)間 段使用不同的控制算法(亞跨音速馬赫數(shù)控制、超音速總壓控制均分為粗控和細(xì)調(diào)兩個(gè)階 段)，在此基礎(chǔ)上增加前饋控制環(huán)節(jié)和增加調(diào)壓閥預(yù)開(kāi)度的方法。增加前饋控制環(huán)節(jié)即就是 根據(jù)氣源壓力的降低，對(duì)控制器提前增加一個(gè)控制量；本控制器中的前饋控制環(huán)節(jié)也就是 氣源壓力補(bǔ)償控制，超音速要求氣壓大，但是氣源容積有限，所以試驗(yàn)吹風(fēng)過(guò)程中氣源的壓 力下降較快，這就對(duì)總壓控制系統(tǒng)產(chǎn)生了較大的擾動(dòng)，使得系統(tǒng)控制品質(zhì)降低。因此，增加 氣源壓力補(bǔ)償控制，根據(jù)檢測(cè)到的氣源壓力提前給控制器增加一個(gè)控制量以彌補(bǔ)因氣源壓 力的下降而引起的擾動(dòng)。調(diào)壓閥預(yù)開(kāi)度就是每次開(kāi)始風(fēng)洞試驗(yàn)前，計(jì)算機(jī)根據(jù)當(dāng)前的球罐 壓力(氣源壓力)和第一個(gè)設(shè)定到的馬赫數(shù)，將調(diào)壓閥門(mén)調(diào)整到指定的開(kāi)度(預(yù)開(kāi)度)。


為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖， 對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，其中圖1為實(shí)施例中的風(fēng)洞的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為實(shí)施例中 的風(fēng)洞測(cè)控系統(tǒng)的組成框圖；圖3為實(shí)施例中的風(fēng)洞測(cè)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為實(shí)施 例中的風(fēng)洞控制的局部流程圖；圖5為實(shí)施例中的風(fēng)洞控制流程圖的A分支；圖6為實(shí)施例 中的風(fēng)洞控制流程圖的B分支。
具體實(shí)施例方式見(jiàn)圖3-6，本實(shí)施例的風(fēng)洞馬赫數(shù)控制器包括工業(yè)PC機(jī)，與該工業(yè)PC機(jī)相連的 ISA總線，與ISA總線相連的用于控制調(diào)壓閥和快速閥的模擬量輸出控制電路，與ISA總線 相連的用于獲取氣壓、溫度、調(diào)壓閥開(kāi)度和作用在試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕系亩鄠€(gè)空氣動(dòng)力參數(shù)的數(shù)據(jù) 采集電路，與ISA總線相連的用于通過(guò)控制攻角機(jī)構(gòu)而控制試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥藨B(tài)的開(kāi)關(guān)量輸入輸 出電路。在風(fēng)洞試驗(yàn)的啟動(dòng)階段采用帶有自調(diào)因子的模糊控制方法來(lái)控制風(fēng)洞的試驗(yàn)段 中氣流的馬赫數(shù)，當(dāng)試驗(yàn)段中氣流的實(shí)際馬赫數(shù)Ma < 3 Δ MW時(shí)，改為采用PID控制方法控 制該試驗(yàn)段中氣流的馬赫數(shù)；所述AMW為判斷實(shí)際馬赫數(shù)Ma是否穩(wěn)定的誤差值，Δ麗在 0. 001-0. 005范圍內(nèi)取值。當(dāng)工業(yè)PC機(jī)連續(xù)5次判定實(shí)際馬赫數(shù)Ma在Δ MW內(nèi)，且試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷墓ソ且训轿患?試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥藨B(tài)處于預(yù)設(shè)姿態(tài)時(shí)，工業(yè)PC機(jī)通過(guò)所述數(shù)據(jù)采集電路采集作用在試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕?的多個(gè)空氣動(dòng)力參數(shù)(包括作用在試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕系淖枇?、升力和俯仰力?。
然后控制試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥兓较乱粋€(gè)攻角和/或控制試驗(yàn)段中的氣流變化到下一馬 赫數(shù)，并重復(fù)上述的馬赫數(shù)控制和各空氣動(dòng)力參數(shù)數(shù)據(jù)的采集過(guò)程。所述的帶有自調(diào)因子的模糊控制方法包括如下步驟分別選取當(dāng)前計(jì)算出的實(shí) 際馬赫數(shù)和設(shè)定馬赫數(shù)、風(fēng)洞穩(wěn)定段的總壓和實(shí)際測(cè)量值之間的誤差(E)和誤差變化率 (EC)作為模糊控制器的輸入變量，U定義為控制變量；E、EC及U的論域選取如下式{E}= {EC} = {U} = {-N，…，-2，-1,0,1,2,…，N}，則在全論域范圍內(nèi)帶有自調(diào)因子的模糊控
制規(guī)則的表達(dá)式可表示為 帶有自調(diào)因子的模糊控制規(guī)則的特點(diǎn)是調(diào)整因子α在&至％之間隨著誤差絕對(duì) 值|Ε|的大小呈線性變化，因ν為量化等級(jí)，故α有Ν個(gè)可能的取值。所述模糊控制規(guī)則 的表達(dá)式所描述的量化控制規(guī)則體現(xiàn)了按誤差大小自動(dòng)調(diào)整誤差對(duì)控制作用的權(quán)重，且這 種自動(dòng)調(diào)整是在整個(gè)誤差論域內(nèi)進(jìn)行的。對(duì)馬赫數(shù)和總壓控制來(lái)說(shuō)，當(dāng)馬赫數(shù)和總壓較大 時(shí)具有高階特性，所對(duì)應(yīng)的誤差變化率的加權(quán)要大些，誤差加權(quán)要小些；當(dāng)馬赫數(shù)和總壓較 小時(shí)具有低階特性，所對(duì)應(yīng)的誤差變化率的加權(quán)要小些，誤差加權(quán)要大些；這一過(guò)程是自動(dòng) 調(diào)整完成的。顯然，此自動(dòng)調(diào)整過(guò)程充分體現(xiàn)了上述控制策略的要求，且具有不斷優(yōu)化的特 點(diǎn)O所述PID控制方法的控制步驟包括工業(yè)PC機(jī)將測(cè)得的風(fēng)洞中實(shí)際的馬赫數(shù)與設(shè) 定的馬赫數(shù)比較后，經(jīng)過(guò)控制器中控制算法的計(jì)算，再經(jīng)過(guò)模擬量輸出控制電路輸出控制 信號(hào)，以調(diào)節(jié)調(diào)壓閥門(mén)開(kāi)度，以實(shí)現(xiàn)馬赫數(shù)的閉環(huán)控制。所述試驗(yàn)段中的實(shí)際馬赫數(shù)的測(cè)量步驟包括實(shí)時(shí)采集風(fēng)洞穩(wěn)定段總壓Ptll和試 驗(yàn)段靜壓P11,依據(jù)公式=Ptl = Po1-Poo+Pao和P1 = P11-P1O+PaO計(jì)算出相對(duì)總壓Ptl和相對(duì)靜壓 P1 值；再根據(jù)公式=Ma = sqrt(5. 0* (POW (P1AV -0. 2857)-1. 0))，計(jì)算出實(shí)際馬赫數(shù) Ma。在風(fēng)洞試驗(yàn)的啟動(dòng)階段，根據(jù)積累的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，預(yù)開(kāi)調(diào)壓閥到指定開(kāi)度，然后打開(kāi) 風(fēng)洞快速閥，高速氣流經(jīng)調(diào)壓閥、穩(wěn)定段和噴管后，加速到達(dá)試驗(yàn)段。當(dāng)試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥藨B(tài)到位且氣流馬赫數(shù)控制達(dá)到設(shè)定值后，通過(guò)風(fēng)洞中的天平來(lái)測(cè)試 作用在試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕系淖枇?、升力、俯仰力矩等多個(gè)空氣動(dòng)力參數(shù)。一組數(shù)據(jù)采集完畢后，改 變?cè)囼?yàn)?zāi)Ｐ妥藨B(tài)或改變氣流馬赫數(shù)重復(fù)上述過(guò)程。當(dāng)整個(gè)試驗(yàn)任務(wù)完畢后，關(guān)閉風(fēng)洞快速 閥，隨后，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。風(fēng)洞內(nèi)的(總壓是風(fēng)洞穩(wěn)定段的總壓力，風(fēng)洞內(nèi)的靜壓是指試驗(yàn)段的靜壓力，均 可通過(guò)不同的壓力傳感器獲取數(shù)據(jù))、氣源壓力、調(diào)壓閥開(kāi)度通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡獲得相應(yīng)的數(shù) 字量。在亞跨音速控制(Ma = 0.3-1. 2，也稱為連續(xù)馬赫數(shù)控制)時(shí)，對(duì)獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì) 算即可獲得風(fēng)洞中氣流的實(shí)際馬赫數(shù)，將其與設(shè)定的馬赫數(shù)比較后，經(jīng)過(guò)控制器中控制算 法的計(jì)算，再經(jīng)過(guò)模擬量輸出控制卡輸出控制信號(hào)到直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，以改變電動(dòng)機(jī)的 轉(zhuǎn)速和方向，從而調(diào)節(jié)調(diào)壓閥門(mén)開(kāi)度，進(jìn)而改變風(fēng)洞氣壓的大小，最終實(shí)現(xiàn)馬赫數(shù)的閉環(huán)控 制；在超音速控制(Ma = 1. 35-2. 5)時(shí)，對(duì)設(shè)定的不同馬赫數(shù)，必須使用不同的噴管，對(duì)不同 的噴管只需要控制穩(wěn)定段的總壓力到給定值，就認(rèn)為達(dá)到了相應(yīng)的馬赫數(shù)值。所述靜壓是流體中不受流速影響而測(cè)得的表面壓力值。所述總壓是氣流中靜壓與動(dòng)壓之和；動(dòng)壓是流體在流動(dòng)過(guò)程中受阻時(shí)，由于動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ芏鸬某^(guò)流體靜壓力部分的壓力。總壓和靜壓均可通過(guò)不同的壓力傳感 器獲取數(shù)據(jù)。 上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方 式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同 形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。
權(quán)利要求
一種風(fēng)洞馬赫數(shù)控制器，其特征在于包括工業(yè)PC機(jī)，與該工業(yè)PC機(jī)相連的ISA總線，與ISA總線相連的用于控制調(diào)壓閥和快速閥的模擬量輸出控制電路，與ISA總線相連的用于獲取氣壓、溫度、調(diào)壓閥開(kāi)度和作用在試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕系亩鄠€(gè)空氣動(dòng)力參數(shù)的數(shù)據(jù)采集電路，與ISA總線相連的用于通過(guò)控制攻角機(jī)構(gòu)而控制試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥藨B(tài)的開(kāi)關(guān)量輸入輸出電路；在風(fēng)洞試驗(yàn)的啟動(dòng)階段采用帶有自調(diào)因子的模糊控制方法來(lái)控制風(fēng)洞的試驗(yàn)段中氣流的馬赫數(shù)，當(dāng)試驗(yàn)段中氣流的實(shí)際馬赫數(shù)Ma≤3ΔMW時(shí)，改為采用PID控制方法控制該試驗(yàn)段中氣流的馬赫數(shù)；所述ΔMW為判斷實(shí)際馬赫數(shù)Ma是否穩(wěn)定的誤差值，ΔMW在0.001-0.005范圍內(nèi)取值；當(dāng)工業(yè)PC機(jī)連續(xù)5次判定實(shí)際馬赫數(shù)Ma在ΔMW內(nèi)，且試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷墓ソ且训轿患丛囼?yàn)?zāi)Ｐ妥藨B(tài)處于預(yù)設(shè)姿態(tài)時(shí)，工業(yè)PC機(jī)通過(guò)所述數(shù)據(jù)采集電路采集作用在試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕系亩鄠€(gè)空氣動(dòng)力參數(shù)；然后控制試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥兓较乱粋€(gè)攻角和/或控制試驗(yàn)段中的氣流變化到下一馬赫數(shù)，并重復(fù)上述的馬赫數(shù)控制和各空氣動(dòng)力參數(shù)數(shù)據(jù)的采集過(guò)程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)洞馬赫數(shù)控制器，其特征在于所述的帶有自調(diào)因子的模 糊控制方法包括如下步驟分別選取當(dāng)前計(jì)算出的實(shí)際馬赫數(shù)和設(shè)定馬赫數(shù)、風(fēng)洞穩(wěn)定段的總壓和實(shí)際測(cè)量值之 間的誤差(E)和誤差變化率(EC)作為模糊控制器的輸入變量，U定義為控制變量；E、EC及U的論域選取如下式{E} = {EC} = {U} = {-N，…，-2，_1，0，1，2，...，N}，則在全論域范圍內(nèi)帶有自調(diào)因子的模糊控制規(guī)則可表示為U = -[α ΧΕ+(1-α ) XEC], 其中:α =X · (ara —:| χ I E I ”ι. 0 ≤ a0 ≤ as ≤ 1, α e [a0, as]。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)洞馬赫數(shù)控制器，其特征在于所述PID控制方法的控制 步驟包括工業(yè)PC機(jī)將測(cè)得的風(fēng)洞中實(shí)際的馬赫數(shù)與設(shè)定的馬赫數(shù)比較后，經(jīng)過(guò)控制器中 控制算法的計(jì)算，再經(jīng)過(guò)模擬量輸出控制電路輸出控制信號(hào)，以調(diào)節(jié)調(diào)壓閥門(mén)開(kāi)度，以實(shí)現(xiàn) 馬赫數(shù)的閉環(huán)控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)洞馬赫數(shù)控制器，其特征在于所述試驗(yàn)段中的實(shí)際馬赫 數(shù)的測(cè)量步驟包括實(shí)時(shí)采集風(fēng)洞穩(wěn)定段總壓Ptll和試驗(yàn)段靜壓P11,依據(jù)公式P。= Po1-Poo+Pao和P1 = P11-PlO+PaO計(jì)算出相對(duì)總壓Ptl和相對(duì)靜壓P1值；再根據(jù)公式=Ma = sqrt(5. 0* (POff (P1ZP0, -0. 2857)-1. 0))，計(jì)算出實(shí)際馬赫數(shù) Ma。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)洞馬赫數(shù)控制器，其特征在于在風(fēng)洞試驗(yàn)的啟動(dòng)階段，根 據(jù)積累的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，預(yù)開(kāi)調(diào)壓閥到指定開(kāi)度，然后打開(kāi)風(fēng)洞快速閥，高速氣流經(jīng)調(diào)壓閥、穩(wěn) 定段和噴管后，加速到達(dá)試驗(yàn)段。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種流場(chǎng)品質(zhì)和精度較高的風(fēng)洞馬赫數(shù)控制器，其包括在風(fēng)洞試驗(yàn)的啟動(dòng)階段采用帶有自調(diào)因子的模糊控制方法來(lái)控制風(fēng)洞的試驗(yàn)段中氣流的馬赫數(shù)，當(dāng)試驗(yàn)段中氣流的實(shí)際馬赫數(shù)Ma≤3ΔMW時(shí)，改為采用PID控制方法控制該試驗(yàn)段中氣流的馬赫數(shù)；當(dāng)工業(yè)PC機(jī)連續(xù)5次判定實(shí)際馬赫數(shù)Ma在ΔMW內(nèi)，且試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷墓ソ且训轿患丛囼?yàn)?zāi)Ｐ妥藨B(tài)處于預(yù)設(shè)姿態(tài)時(shí)，工業(yè)PC機(jī)通過(guò)所述數(shù)據(jù)采集電路采集作用在試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕系亩鄠€(gè)空氣動(dòng)力參數(shù)；然后控制試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥兓较乱粋€(gè)攻角和/或控制試驗(yàn)段中的氣流變化到下一馬赫數(shù)，并重復(fù)上述的馬赫數(shù)控制和各空氣動(dòng)力參數(shù)數(shù)據(jù)的采集過(guò)程。
文檔編號(hào)G05B19/418GK101887267SQ20101022852
公開(kāi)日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者包伯成, 宋偉, 沃松林, 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