專利名稱：一種便攜式低速風(fēng)洞模型姿態(tài)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種風(fēng)洞試驗(yàn)控制設(shè)備，具體是一種便攜式低速風(fēng)洞模型姿態(tài)控 制裝置。
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，并可量 度氣流對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。風(fēng)洞在空氣動力學(xué)研究和飛 行器設(shè)計中起著十分重要的作用，它的發(fā)展與航空航天技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。低速風(fēng)洞中模型姿態(tài)的控制通常由上轉(zhuǎn)盤、下轉(zhuǎn)盤、鏡像支桿和攻角控制機(jī)構(gòu)四 部分組成，分別通過四臺電機(jī)來拖動并結(jié)合機(jī)械傳動來實(shí)現(xiàn)模型姿態(tài)角度的變化，對其基 本控制要求是能實(shí)現(xiàn)單臺及多臺電機(jī)同步運(yùn)行且錯位角度不得大于2°，能設(shè)定和顯示目 標(biāo)角度、并能顯示當(dāng)前運(yùn)行角度?；谏鲜鲆螅壳爸饕捎脙煞N控制方式①采用繞線電機(jī)作為機(jī)械動力拖動 模型；以單片機(jī)作為控制核心，用數(shù)字運(yùn)動控制器來實(shí)現(xiàn)多臺電機(jī)同步運(yùn)行，能設(shè)定和顯示 當(dāng)前角度，模型姿態(tài)到位后采用電磁鐵抱閘制動方式。②以步進(jìn)或伺服電機(jī)作為模型姿態(tài) 的動力源，用工業(yè)控制計算機(jī)和相關(guān)的控制板卡作為控制手段。這兩種控制方式均采用固 定的方式安裝在風(fēng)洞測控間，相比較而言前者控制手段落后，后者較前者智能化程度高，但 價格昂貴，且控制板卡存在干擾問題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種便攜式智能化程度高、價格低廉、使 用簡單和可靠性高的低速風(fēng)洞模型姿態(tài)控制裝置。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的低速風(fēng)洞模型姿態(tài)控制裝置，包括用于檢測 模型姿態(tài)角度的接近開關(guān)，用于對接近開關(guān)輸出的模型姿態(tài)角度信號進(jìn)行處理并顯示的便 攜式控制器，以及與便攜式控制器的控制信號輸出端相連的變頻器；變頻器用于連接對所 述模型姿態(tài)的運(yùn)行狀態(tài)、角度進(jìn)行控制的異步電機(jī)。所述便攜式控制器包括PLC ；PLC具有電平觸發(fā)的脈沖信號輸入端，用于接收來 自所述接近開關(guān)輸出的用于表示風(fēng)洞模型姿態(tài)角度的脈沖信號。PLC連接有用于對模型的 六種角度變化進(jìn)行選擇性操作的運(yùn)行模式選擇開關(guān)。所述PLC連接有用于防止模型機(jī)構(gòu)超 出極限位置的硬件限位開關(guān)；PLC還連接有用于響應(yīng)限位開關(guān)動作而發(fā)出聲光報警信號的 聲光報警器。所述PLC連接有用于在對模型姿態(tài)角度的進(jìn)行控制時點(diǎn)亮的運(yùn)行指示。所述 PLC連接有用于啟動模型運(yùn)行的啟動開關(guān)和用于控制模型運(yùn)行緊急停止的急停開關(guān)。所述 PLC連接有用于設(shè)定模型姿態(tài)的運(yùn)行目標(biāo)角度、軟件限位角度及當(dāng)前運(yùn)行角度的液晶顯示 單元。所述PLC分別經(jīng)分頻器段速控制端口和分頻器正反轉(zhuǎn)控制端口與變頻器相連。PLC采用I/O的點(diǎn)數(shù)為48，液晶顯示單元可采用與PLC型號相匹配的型號，它們之 間的通信為RS-232。模型姿態(tài)控制器PLC在比較設(shè)定的運(yùn)行角度和當(dāng)前角度后，自動給出
3電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制信號、速度信號使得模型的姿態(tài)角度向設(shè)定角度變化。在此過程中不斷 檢測接近開關(guān)的信號(當(dāng)前角度)與設(shè)定角度比較，直至達(dá)到設(shè)定角度時停止。PLC和其相 應(yīng)的液晶顯示模塊能夠完成運(yùn)行角度設(shè)定和當(dāng)前角度顯示，同步運(yùn)行錯位保護(hù)、急停、聲光 報警功能，同時該裝置還具有軟硬件限位保護(hù)功能。所述的基于PLC技術(shù)的便攜式低速風(fēng)洞模型姿態(tài)控制裝置適用于以普通的鼠籠 異步電機(jī)為模型姿態(tài)的動力源，用變頻器的調(diào)速功能和制動功能實(shí)現(xiàn)多臺電機(jī)的同步運(yùn)行 及到位后的制動?；赑LC技術(shù)的低速風(fēng)洞模型姿態(tài)控制應(yīng)用系統(tǒng)由接近開關(guān)、便攜式模 型姿態(tài)控制裝置、變頻器、異步電機(jī)連接而成。所述的基于PLC技術(shù)的便攜式低速風(fēng)洞模型姿態(tài)控制裝置，在模式選擇開關(guān)選擇 后，再對模型姿態(tài)的運(yùn)行目標(biāo)角度進(jìn)行設(shè)定，然后按下啟動開關(guān)，PLC接收來之于接近開關(guān) 的開關(guān)信號進(jìn)行處理，給出信號至變頻器的段速控制端口和正反轉(zhuǎn)控制端口以達(dá)到對四臺 電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制和速度的控制，從而實(shí)現(xiàn)控制要求。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本實(shí)用新型的基于PLC技術(shù)的便 攜式模型姿態(tài)控制裝置能實(shí)現(xiàn)單臺及多臺電機(jī)同步運(yùn)行，能設(shè)定和顯示目標(biāo)角度、并能顯 示當(dāng)前運(yùn)行角度。具有智能化程度高、體積小、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、使用操作簡單、價 格低廉、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，可廣泛用于低速風(fēng)洞中模型姿態(tài)的控制。(2)PLC和液晶顯示單元 組裝在一起構(gòu)成可移動便攜式風(fēng)洞模型姿態(tài)控制器，體積小，成本低廉。

圖1為本實(shí)用新型的應(yīng)用示意圖；圖2為本實(shí)用新型的控制原理框圖；圖3為本實(shí) 用新型的便攜式模型姿態(tài)控制器的外形圖；圖4為本實(shí)用新型的便攜式模型姿態(tài)控制器的 原理框圖；圖5為本實(shí)用新型的便攜式模型姿態(tài)控制器的電路原理圖；圖6為本實(shí)用新型 的程序流程圖(以β 1方式為例)；圖7a和圖7b為實(shí)施例中的便攜式模型姿態(tài)控制器的 部分顯示界面；
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合圖1-7對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。如圖1所示，便攜式控制器2作為控制裝置的核心，自動對接近開關(guān)1檢測到的模 型姿態(tài)角度(位置)信號進(jìn)行處理、顯示，并與變頻器3、異步電機(jī)4構(gòu)成對模型姿態(tài)的運(yùn)行 狀態(tài)、角度進(jìn)行控制、顯示；變頻器3作為異步電機(jī)4的驅(qū)動和制動環(huán)節(jié)，由異步電機(jī)4執(zhí)行 拖動模型姿態(tài)的功能；便攜式控制器2中的液晶顯示模塊，用于模型姿態(tài)運(yùn)行目標(biāo)角度、保 護(hù)角度設(shè)定，且具有顯示設(shè)定角度和當(dāng)前運(yùn)行角度的功能。如圖2所示，以PLC 5為核心控制部件，PLC 5首先將當(dāng)前運(yùn)行角度和設(shè)定角度進(jìn) 行比較，確定電機(jī)運(yùn)行的正反方向，在電機(jī)起動后通過接近開關(guān)1將運(yùn)行角度信息反饋回 來(接近開關(guān)安裝在馬氏機(jī)構(gòu)旁，模型每走1°接近開關(guān)反饋1個脈沖信號)送入PLC 5 ； PLC 5經(jīng)過控制規(guī)律的運(yùn)算后，輸出控制信號給變頻器3，控制電機(jī)運(yùn)行。從而構(gòu)成一個閉 環(huán)控制系統(tǒng)。圖3所示為便攜式模型姿態(tài)控制器外形圖，首先將控制器后面板上的航空插頭接 上(將接近開關(guān)1，硬件限位開關(guān)8、變頻器3接入PLC 5)，然后在電源開關(guān)打開后，選擇運(yùn)行模式(方式選擇)，并在液晶顯示單元對運(yùn)行角度進(jìn)行設(shè)定，最后啟動運(yùn)行按鈕即可。當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時，按下急停按鈕則會立即停車并報警。若出現(xiàn)模型到達(dá)極限位 置時，會自動停止并進(jìn)行聲光報警。圖4所示，便攜式模型姿態(tài)控制器的原理框圖，接近開關(guān)信號6、運(yùn)行模式開關(guān)7、 硬件限位保護(hù)開關(guān)8、啟動開關(guān)9、急停開關(guān)10連接到PLC 5的輸入口 ；而變頻器段速控制 端口 11、變頻器正反轉(zhuǎn)控制端口 12、聲光報警指示13、運(yùn)行指示14連接到PLC 5的輸出口 ； 液晶顯示單元15則與PLC 5的專用RS-232接口相連，液晶顯示單元能夠訪問PLC 5的內(nèi) 部寄存器。圖5為便攜式模型姿態(tài)控制器的電路原理圖，圖中接近開關(guān)信號6接入PLC 5的 i0-i3 口，運(yùn)行模式開關(guān)7接入PLC 5的il0-il5 口，硬件限位保護(hù)開關(guān)8接入PLC 5的 il6、il7、il9、i22、i23、 24 口，啟動開關(guān) 9 接入 PLC 5 的 i21 口，急停開關(guān) 10 接在 PLC 5 輸入i20 口 ；而變頻器段速控制端口 11接入PLC 5的Q0-Q3 口，變頻器正反轉(zhuǎn)控制端口 12 接入PLC 5的Q10-Q17 口，聲光報警指示13接入PLC 5的Q20 口，運(yùn)行指示14接在PLC 5 的Q21輸出口。便攜式低速風(fēng)洞模型姿態(tài)控制裝置的工作流程如圖6 (以β 1方式為例)所示。當(dāng) PLC 5上電之時，自動進(jìn)行初始化；在用戶進(jìn)行運(yùn)行模式選擇和運(yùn)行目標(biāo)角度設(shè)定后，PLC5 將會對存放在寄存器R2001里的當(dāng)前角度和分別存放在入R2007、R2010的軟件限位上限 值、下限值進(jìn)行比較；若相等則電機(jī)不動，若不相等再將存放在寄存器R2000里的運(yùn)行目標(biāo) 角度和當(dāng)前角度進(jìn)行比較，給出信號至變頻器的正反轉(zhuǎn)控制端口段速控制端口，從而控制 電機(jī)帶動模型向目標(biāo)角度靠近，直至完全到位，電機(jī)停轉(zhuǎn)。對于同步運(yùn)行錯位保護(hù)，只需將 需要同步運(yùn)行的當(dāng)前模型姿態(tài)角的值進(jìn)行比較，當(dāng)其差值大于等于2°時，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。圖7為新型的便攜式模型姿態(tài)控制器部分顯示界面示意圖；在打開電源后在液晶 單元的屏上將出現(xiàn)下列主畫面(畫面0)如圖7a所示。在此界面下按下FO進(jìn)入運(yùn)行角度 設(shè)定畫面；按下Fl進(jìn)入當(dāng)前角度設(shè)定畫面；按下F2進(jìn)入α、β 1軟件限位設(shè)置畫面；按下 F3進(jìn)入β 2、β 3軟件限位設(shè)置畫面。例如按下FO就進(jìn)入如圖7b所示(畫面1)，在此界面 下，只能對設(shè)定角度進(jìn)行修改，在此畫面下按FO設(shè)定角度加1，按Fl設(shè)定角度值減1。上述 F0-F3為液晶屏上按鈕，在不同界面下這些按鈕可重復(fù)定義。變頻器3作為異步電機(jī)4的驅(qū)動和制動環(huán)節(jié)，異步電機(jī)4執(zhí)行拖動從而改變風(fēng)洞 模型的姿態(tài)；便攜式模型姿態(tài)控制器2中的液晶顯示模塊用于設(shè)定模型姿態(tài)的目標(biāo)角度和 極限保護(hù)角度，并具有顯示設(shè)定角度和當(dāng)前運(yùn)行角度的功能。PLC5的脈沖信號輸入端分別是i0、il、i2和i3，并選用電平觸發(fā)方式；電平觸發(fā) 方式可有效減少干擾，保證運(yùn)行可靠性。所述便攜式控制器2的運(yùn)行模式，由選擇開關(guān)1輸出的運(yùn)行模式選擇信號控制，該 信號接入PLC5的運(yùn)行模式選擇信號輸入端ilO、ill、il2、il3、 14和il5。其作用在于對 模型的六種角度變化進(jìn)行選擇性操作，從而實(shí)現(xiàn)α、β 、β2、β3、β1+β2(兩臺電機(jī)同 步)、β 1+β2+β3(三臺電機(jī)同步)六種運(yùn)行方式。硬件限位保護(hù)的實(shí)現(xiàn)是由硬件限位開關(guān)⑶獲取信號，該信號接入PLC5的輸入接 口 il6、il7、il9、il2、 23和i24，防止由于誤操作而導(dǎo)致模型機(jī)構(gòu)超出極限位置而損壞機(jī) 構(gòu)。PLC5的輸出口 Q20響應(yīng)限位開關(guān)8、驅(qū)動聲光報警13發(fā)出聲光報警信號。[0026]所述模式選擇開關(guān)7選擇后，再對模型姿態(tài)的運(yùn)行目標(biāo)角度進(jìn)行設(shè)定，然后按下 啟動開關(guān)9 ；PLC5接收來自于接近開關(guān)6的信號進(jìn)行處理，通過輸出口 Q0-Q3給出信號至變 頻器3的段速控制端口 11并通過輸出口 Q10-Q17給出信號至變頻器3的正反轉(zhuǎn)控制端口 12以達(dá)到對四臺電機(jī)的正反轉(zhuǎn)方向控制和速度高低的控制。所述便攜式模型姿態(tài)控制器2由PLC5、運(yùn)行模式選擇開關(guān)7、啟動開關(guān)9、急停開關(guān) 10、聲光報警指示13、運(yùn)行指示14、液晶顯示單元15連接而成。所述急停開關(guān)10的信號輸入到PLC5的i20 口。當(dāng)風(fēng)洞模型姿態(tài)運(yùn)行過程中需要 緊急停車時，按下急停開關(guān)10，即可實(shí)現(xiàn)模型運(yùn)行過程中緊急停止。所述液晶顯示單元15是和PLC5相對應(yīng)的專用液晶顯示模塊，與PLC之間有專門 的通信線相連接；液晶顯示單元15用于設(shè)定模型姿態(tài)的運(yùn)行目標(biāo)角度、軟件限位角度及當(dāng) 前運(yùn)行角度。便攜式風(fēng)洞模型姿態(tài)控制裝置的控制方法及步驟a.將接近開關(guān)信號6、硬件限 位開關(guān)8、變頻器3的段速控制端口 11、變頻器3的正反轉(zhuǎn)控制端口 12通過航空插頭接入 便攜式模型姿態(tài)控制器2 ;b.模式選擇開關(guān)7置于所選定的位置；c.由液晶顯示單元15設(shè) 定模型運(yùn)行目標(biāo)角度；d.按下啟動開關(guān)9。本實(shí)用新型的上述實(shí)施例僅為說明本實(shí)用新型所作的舉例，而本實(shí)用新型實(shí)施方 式并不局限于此。對于屬于本實(shí)用新型的精神與原理下所作的修改、組合、簡化、替代等均 為等效替換，都仍然包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種便攜式低速風(fēng)洞模型姿態(tài)控制裝置，其特征在于包括用于檢測模型姿態(tài)角度的接近開關(guān)(1)，用于對接近開關(guān)(1)輸出的模型姿態(tài)角度信號進(jìn)行處理并顯示的便攜式控制器(2)，以及與便攜式控制器(2)的控制信號輸出端相連的變頻器(3)；變頻器(3)用于連接對所述模型姿態(tài)的運(yùn)行狀態(tài)、角度進(jìn)行控制的異步電機(jī)(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種便攜式低速風(fēng)洞模型姿態(tài)控制裝置，其特征在于所述 便攜式控制器(2)包括PLC(5) ；PLC(5)具有電平觸發(fā)的脈沖信號輸入端，用于接收來自所 述接近開關(guān)(1)輸出的用于表示風(fēng)洞模型姿態(tài)角度的脈沖信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種便攜式低速風(fēng)洞模型姿態(tài)控制裝置，其特征在于 PLC(5)連接有用于對模型的六種角度變化進(jìn)行選擇性操作的運(yùn)行模式選擇開關(guān)(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種便攜式低速風(fēng)洞模型姿態(tài)控制裝置，其特征在于所述 PLC(5)連接有用于防止模型機(jī)構(gòu)超出極限位置的硬件限位開關(guān)(8)；PLC(5)還連接有用于響應(yīng)限位開關(guān)(8)動作而發(fā)出聲光報警信號的聲光報警器(13)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種便攜式低速風(fēng)洞模型姿態(tài)控制裝置，其特征在于所述 PLC(5)連接有用于在對模型姿態(tài)角度的進(jìn)行控制時點(diǎn)亮的運(yùn)行指示(14)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種便攜式低速風(fēng)洞模型姿態(tài)控制裝置，其特征在于所述 PLC(5)連接有用于啟動模型運(yùn)行的啟動開關(guān)(9)和用于控制模型運(yùn)行緊急停止的急停開 關(guān)(10)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種便攜式低速風(fēng)洞模型姿態(tài)控制裝置，其特征在于所述 PLC(5)連接有用于設(shè)定模型姿態(tài)的運(yùn)行目標(biāo)角度、軟件限位角度及當(dāng)前運(yùn)行角度的液晶顯 示單元(15)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種便攜式低速風(fēng)洞模型姿態(tài)控制裝置，其特征在于所述 PLC(5)分別經(jīng)分頻器段速控制端口(11)和分頻器正反轉(zhuǎn)控制端口(11)與分頻器(3)相連。
專利摘要本實(shí)用新型屬于一種便攜式低速風(fēng)洞模型姿態(tài)控制裝置。其包括接近開關(guān)、便攜式控制器和變頻器；變頻器用于連接對所述模型姿態(tài)的運(yùn)行狀態(tài)、角度進(jìn)行控制的異步電機(jī)。PLC的輸入接口接收由接近開關(guān)和機(jī)械部件馬氏機(jī)構(gòu)相配合對模型姿態(tài)的位置進(jìn)行檢測所獲取的脈沖信號；其輸出接口輸出控制信號，該信號作為變頻器和交流接觸器組成的異步電機(jī)驅(qū)動器的設(shè)定值，以實(shí)現(xiàn)對異步電機(jī)的驅(qū)動與控制；所述裝置可廣泛用于各種低速風(fēng)洞中的模型姿態(tài)控制，具有智能化程度高、體積小、可移動、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、使用操作簡單、性價比高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G05B19/05GK201689341SQ20102014387
公開日2010年12月29日 申請日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者宋偉, 羅印升, 邢紹邦, 陳太洪, 高倩 申請人:江蘇技術(shù)師范學(xué)院