PAC在风洞测控系统中的应用

论文摘要

本文对国内风洞测控系统的研究发展状况进行了综述,详细分析了以可编程自动控制器PAC为核心的测控系统方案比以PLC和工控机组合为核心的传统测控系统方案先进,以及PAC系统作为先进的控制系统如何代替PLC和工控机系统实现在低速风洞测控系统中的应用作了详细的分析。通过分析系统技术要求,提出了测控系统的设计思路,包括提出了本课题的系统设计思想及其具体要求,同时对其所要重点研究的若干关键技术作了分析。并在此基础上进一步提出了系统的软、硬件初步设计方案和总体设计框图,为整个课题的设计提供了一个整体设计方案。设计实现系统功能的硬件基础,包括各主要部分的工作原理、功能介绍。为实现系统功能提供的硬件环境,涉及到动力系统设计及变频系统设计在抗干扰方面下功夫,着重分析变频电机与普通交流电机差别,其中主要包括电动机的效率和温升的问题、电动机绝缘强度问题、电动机对频繁启动、制动的适应能力以及针对变频系统的抗干扰技术;PAC系统设计,在本系统中,可编程自动控制器作为控制执行单元,主要是通过人机界面来接受实验人员所发出的指令,从而控制、调节电机转速,达到所需的实验风速。同时控制被测产品角度的位置控制,另外,它还负责采集压差、变频状态及完成一些复杂的运算工作。转盘控制机构采用的是全数字式交流伺服系统,与以往交流伺服不同之处在于,它以16位微处理器为控制核心,采用数字式速度、位置反馈方式,使系统性能大为提高;交流伺服系统设计主要分析了交流伺服系统定位归零精零的实现方法。即归零时当转盘运动到电器零点处时,电器零点处的光电开关感应到转盘到达零点区域,光电开关动作发出高电平信号,此时这个区域为电器粗零,我们知道,交流伺服驱动器在工作时其端子能够送出A、B、Z三相脉冲,其中A、B相脉冲的先后指示出交流伺服电机的旋转方向,Z相脉冲为周脉冲,即交流伺服电机每旋转一周发一次Z相脉冲,我们将Z相脉冲信号与电器粗零信号相与的值即为精零信号。在控制方法方面,详细分析了系统的风速控制的自动、手动两种控制方式,它包括分别是以PID算法为核心的控制方法和以最小二乘法为核心的控制方法,及数据采集数字滤波方法,其中PID系统参数通过试验凑试法得到;最小二乘法的系数通过近似逼近采样点得到。通过对各项需求的分析,为解决问题提供了现实可行的解决方案。最后进行流场校测,检验风洞系统整体性能,测试项目主要包括风洞风速、动压稳定性、流场的不均匀性、气流方向场(局部气流偏角)、以及风洞测控系统检定。通过大量的实验数据证明本风洞系统在测控系统方面能满足系统技术要求最后总结出系统误差。结论部分对全文进行了总结。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的目的、意义及其任务
• 1.1.1 课题的目的、来源和意义
• 1.1.2 课题的背景
• 1.2 国内风洞测控系统的发展现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 系统设计总体方案
• 2.1 测控系统工作原理
• 2.2 测控系统设计原则
• 2.3 方案主要内容
• 2.3.1 系统概述
• 2.3.2 系统组成
• 2.3.3 控制方式
• 2.3.4 软件设计
• 2.3.5 控制功能
• 2.4 流场校测、噪声测量
• 2.5 本章小结
• 第3章 测控系统的硬件设计
• 3.1 动力系统
• 3.1.1 动力系统的构成
• 3.1.2 动力系统抗干扰措施
• 3.2 PAC系统设计
• 3.3 交流伺服系统的硬件
• 3.3.1 工况调节原理
• 3.3.2 位置调节的硬件实现
• 3.4 过零的实现
• 3.5 本章小结
• 第4章 测控系统控制方法研究与实现
• 4.1 风速控制的实现方式
• 4.1.1 PID控制方式
• 4.1.2 拟合曲线控制方式
• 4.2 数字滤波方法
• 4.2.1 数字滤波的原理
• 4.2.2 数字滤波的应用
• 4.3 本章小结
• 第5章 系统试验及流场校测
• 5.1 系统试验
• 5.2 流场动压和气流偏角测量
• 5.2.1 风速范围、风速调节精度
• 5.2.2 动压稳定性
• 5.2.3 动压场系数测量
• 5.3 试验段气流方向的测量
• 5.4 系统误差
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历