空天飞机强度测试用多热场模拟的高精度控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了空天飞机强度测试用多热场模拟的高精度控制系统及方法，属于飞机测试技术领域。系统包括：主控计算机、PLC控制器、加热装置、可控硅调压器、传感器、信号调理器。方法包括以下步骤：S1、将已有的载荷谱数据存储至载荷谱数据块；S2、创建变量表，确定RAM存储子模块各中间寄存器的逻辑关系；S3、自动生成命令曲线；S4、根据步骤S3生成的命令曲线进行空天飞机强度测试用多热场模拟试验。本发明专利技术解决了现有技术缺乏一种专用于空天飞机强度测试用结构热试验的高精度控制系统及方法的问题，具有自动生成命令曲线的优点。具有自动生成命令曲线的优点。具有自动生成命令曲线的优点。

【技术实现步骤摘要】
空天飞机强度测试用多热场模拟的高精度控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及飞机测试
，具体是涉及空天飞机强度测试用多热场模拟的高精度控制系统及方法。

技术介绍

[0002]空天飞机强度测试用多热场模拟试验是一种严格按照指定的时间历程进行瞬态过程模拟的试验，真实地复现各个时刻结构中的温度状态，载荷为一种快速的随时间变化的复杂非线性历程曲线。
[0003]PLC是一种数字控制专用电子计算机，它使用了可编程序存储器储存指令，执行诸如逻辑、顺序、计时、计数与演算等功能，并通过模拟和数字输入、输出等组件，控制各种机械或工作程序。
[0004]目前大多数空天飞机强度测试用多热场模拟试验采用MTS
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Flextest
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200控制器进行控制，随着试验数量的增多，交叉试验增多，大型试验占用设备资源较多，急需开发出一套小型热结构试验控制系统满足当前试验任务需求，相较MTS控制器，PLC具有成本低、组装灵活、编程简单、易于被工程人员掌握和使用，抗干扰能力强及高可靠性等优点。
[0005]PLC自身带有模拟量输入、输出模块，从而完成系统的反馈输入和结果输出功能。命令曲线自动生成成为一个重要的待解决的问题，三菱PLC的斜坡RAMP指令是用来产生斜坡输出信号的，但其只可以产生单一斜率单一通道的命令曲线，无法生成命令曲线非线性变化的要求。西门子PLC可以编写斜坡函数，但其功能和三菱的RAMP指令类似，还是无法满足命令曲线非线性的要求。
[0006]为满足空天飞机强度测试用多热场模拟试验要求，同时缓解试验设备资源紧张问题，急需解决多通道非线性命令曲线自动生成的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术解决的技术问题是：随着空天飞机强度测试数量的增多，导致设备资源紧缺，缺乏一种专用于空天飞机结构热试验的高精度控制系统及方法。
[0008]为解决上述问题，本专利技术的技术方案如下：空天飞机强度测试用多热场模拟的高精度控制系统，包括：用于控制空天飞机强度测试用多热场模拟试验运行的主控计算机，用于自动生成空天飞机强度测试用多热场模拟试验命令曲线的PLC控制器，所述PLC控制器包括：CPU，与所述CPU电性连接的：存储模块、电源模块、数字量输入模块、数字量输出模块，与所述数字量输入模块电性连接的模拟量输入模块，与所述数字量输出模块电性连接的模拟量输出模块，用于为空天飞机强度测试用多热场模拟试验提供高温环境的加热装置，所述加热装置为石英灯或石墨红外辐射加热装置，用于控制所述加热装置工作电压的可控硅调压器，所述可控硅调压器与所述模拟
量输出模块电性连接，用于获取空天飞机强度测试用多热场模拟试验中试验件表面热流数据并通过信号输出的传感器，所述传感器包括：热电偶、热流计，用于将所述传感器输出信号放大后传输至所述模拟量输入模块的信号调理器，其中，所述存储模块包括：RAM存储子模块、EEPROM子存储模块，所述EEPROM子存储模块搭载的逻辑模块包括：用于计算空天飞机强度测试用多热场模拟试验中当前时间段命令值斜率的斜率计算模块，用于在每个扫描周期内根据所述斜率计算模块计算的当前时间段命令值斜率获取当前扫描周期命令值并构建命令曲线图的线性插值模块，所述RAM存储子模块包括：用于存储预热阶段开始状态值的第一中间寄存器，用于存储预热阶段开始上升沿状态值的第二中间寄存器，用于存储作为正式试验阶段结束状态值的第三中间寄存器，用于存储正式试验阶段开始状态值的第四中间寄存器，用于存储空天飞机强度测试用多热场模拟试验进行状态值的第五中间寄存器，用于存储正式试验阶段进行状态值的第六中间寄存器，用于存储关联空天飞机强度测试用多热场模拟试验保持当前状态值的第七中间寄存器，用于存储预热阶段完成状态值的第八中间寄存器，用于存储正式试验阶段中时间段开始状态值的第九中间寄存器，用于存储空天飞机强度测试用多热场模拟试验应急暂停状态值的第十中间寄存器，用于存储预热阶段中时间段开始状态值的第十一中间寄存器，用于存储正式试验阶段开始上升沿状态值的第十二中间寄存器，用于存储空天飞机强度测试用多热场模拟试验内时间段开始上升沿状态值的第十三中间寄存器，用于对正式试验阶段当前时间段内扫描周期进行计数的第十四中间寄存器，用于存储正式试验阶段当前时间段扫描周期总数值的第十五中间寄存器，用于对空天飞机强度测试用多热场模拟试验时间段进行计数的第十六中间寄存器。
[0009]进一步地，斜率计算模块中当前时间段命令值斜率计算公式为：上式中，为当前时间段内命令值斜率，即每个扫描周期的温度变化量，为当前时间段起始时刻，为当前时间段起始时刻温度值，为当前时间段结束时刻，为当前时间段结束时刻温度值。
[0010]更进一步地，线性插值模块获取当前扫描周期命令值的计算公式为：
上式中，为当前扫描周期命令值，为前一扫描周期命令值，为当前时间段内命令值斜率，即每个扫描周期的温度变化量。
[0011]本专利技术还提供空天飞机强度测试用多热场模拟的高精度控制方法，基于上述空天飞机强度测试用多热场模拟的高精度控制系统，包括以下步骤：S1、将已有的载荷谱数据存储至载荷谱数据块，具体包括以下内容：在PLC控制器EEPROM子存储模块内创建用于存储载荷谱数据的载荷谱数据块，并建立包括时间、温度数据的载荷谱数据类型，按照载荷谱数据类型的格式将已有的载荷谱数据存储至载荷谱数据块，其中，温度数据的维度由空天飞机强度测试用多热场模拟试验中温区对应的通道数量决定；在PLC控制器EEPROM子存储模块内创建用于存储载荷谱数据的载荷谱数据块，并建立包括时间、温度数据的载荷谱数据类型，按照载荷谱数据类型的格式将已有的载荷谱数据存储至载荷谱数据块，其中，温度数据的维度由空天飞机强度测试用多热场模拟试验中温区对应的通道数量决定；S2、创建变量表，确定RAM存储子模块各中间寄存器的逻辑关系，具体包括以下内容：将空天飞机强度测试用多热场模拟试验分为预热阶段和正式试验阶段，并将各中间寄存器与预热阶段和正式试验阶段参数进行关联；S3、自动生成命令曲线，具体包括以下步骤：S3
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1、通过PLC控制器中的斜率计算模块和线性插值模块自动生成预热阶段命令值，S3
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2、通过PLC控制器中的斜率计算模块和线性插值模块自动生成正式试验阶段命令值；S4、根据步骤S3生成的命令曲线进行空天飞机强度测试用多热场模拟试验。
[0012]优选地，步骤S2还包括：第一中间寄存器关联预热阶段开始状态值，第二中间寄存器关联预热阶段开始上升沿状态值，第三中间寄存器关联正式试验阶段结束状态值，第四中间寄存器关联正式试验阶段开始状态值，第五中间寄存器关联空天飞机强度测试用多热场模拟试验进行状态值，第六中间寄存器关联正式试验阶段进行状态值，第七中间寄存器关联空天飞机强度测试用多热场模拟试验保持当前状态值，第八中间寄存器关联预热阶段完成状态值，第九中间寄存器关联正式试验阶段中时间段开始状态值，第十中间寄存器关联空天飞机强度测试用多热场模拟试验应急暂停状态值，第十一中间寄存器关联预本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.空天飞机强度测试用多热场模拟的高精度控制系统，其特征在于，包括：用于控制空天飞机强度测试用多热场模拟试验运行的主控计算机，用于自动生成空天飞机强度测试用多热场模拟试验命令曲线的PLC控制器，所述PLC控制器包括：CPU，与所述CPU电性连接的：存储模块、电源模块、数字量输入模块、数字量输出模块，与所述数字量输入模块电性连接的模拟量输入模块，与所述数字量输出模块电性连接的模拟量输出模块，用于为空天飞机强度测试用多热场模拟试验提供高温环境的加热装置，所述加热装置为石英灯或石墨红外辐射加热装置，用于控制所述加热装置工作电压的可控硅调压器，所述可控硅调压器与所述模拟量输出模块电性连接，用于获取空天飞机强度测试用多热场模拟试验中试验件表面热流数据并通过信号输出的传感器，所述传感器包括：热电偶、热流计，用于将所述传感器输出信号放大后传输至所述模拟量输入模块的信号调理器，其中，所述存储模块包括：RAM存储子模块、EEPROM子存储模块，所述EEPROM子存储模块搭载的逻辑模块包括：用于计算空天飞机强度测试用多热场模拟试验中当前时间段命令值斜率的斜率计算模块，用于在每个扫描周期内根据所述斜率计算模块计算的当前时间段命令值斜率获取当前扫描周期命令值并构建命令曲线图的线性插值模块，所述RAM存储子模块包括：用于存储预热阶段开始状态值的第一中间寄存器，用于存储预热阶段开始上升沿状态值的第二中间寄存器，用于存储作为正式试验阶段结束状态值的第三中间寄存器，用于存储正式试验阶段开始状态值的第四中间寄存器，用于存储空天飞机强度测试用多热场模拟试验进行状态值的第五中间寄存器，用于存储正式试验阶段进行状态值的第六中间寄存器，用于存储关联空天飞机强度测试用多热场模拟试验保持当前状态值的第七中间寄存器，用于存储预热阶段完成状态值的第八中间寄存器，用于存储正式试验阶段中时间段开始状态值的第九中间寄存器，用于存储空天飞机强度测试用多热场模拟试验应急暂停状态值的第十中间寄存器，用于存储预热阶段中时间段开始状态值的第十一中间寄存器，用于存储正式试验阶段开始上升沿状态值的第十二中间寄存器，用于存储空天飞机强度测试用多热场模拟试验内时间段开始上升沿状态值的第十三中间寄存器，用于对正式试验阶段当前时间段内扫描周期进行计数的第十四中间寄存器，用于存储正式试验阶段当前时间段扫描周期总数值的第十五中间寄存器，用于对空天飞机强度测试用多热场模拟试验时间段进行计数的第十六中间寄存器。2.如权利要求1所述的空天飞机强度测试用多热场模拟的高精度控制系统，其特征在于，所述斜率计算模块中当前时间段命令值斜率计算公式为：
上式中，为当前时间段内命令值斜率，即每个扫描周期的温度变化量，为当前时间段起始时刻，为当前时间段起始时刻温度值，为当前时间段结束时刻，为当前时间段结束时刻温度值。3.如权利要求1所述的空天飞机强度测试用多热场模拟的高精度控制系统，其特征在于，所述线性插值模块获取当前扫描周期命令值的计算公式为：上式中，为当前扫描周期命令值，为前一扫描周期命令值，为当前时间段内命令值斜率，即每个扫描周期的温度变化量。4.空天飞机强度测试用多热场模拟的高精度控制方法，基于权利要求1
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3任意一项所述的空天飞机强度测试用多热场模拟的高精度控制系统，其特征在于，包括以下步骤：S1、将已有的载荷谱数据存储至载荷谱数据块，具体包括以下内容：在PLC控制器EEPROM子存储模块内创建用于存储载荷谱数据的载荷谱数据块，并建立包括时间、温度数据的载荷谱数据类型，按照载荷谱数据类型的格式将已有的载荷谱数据存储至载荷谱数据块，其中，温度数据的维度由空天飞机强度测试用多热场模拟试验中温区对应的通道数量决定；S2、创建变量表，确定RAM存储子模块各中间寄存器的逻辑关系，具体包括以下内容：将空天飞机强度测试用多热场模拟试验分为预热阶段和正式试验阶段，并将各中间寄存器与预热阶段和正式试验阶段参数进行关联；S3、自动生成命令曲线，具体包括以下步骤：S3
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1、通过PLC控制器中的斜率计算模块和线性插值模块自动生成预热阶段命令值，S3
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2、通过PLC控制器中的斜率计算模块和线性插值模块自动生成正式试验阶段命令值；S4、根据步骤S3生成的命令曲线进行空天飞机强度测试用多热场模拟试验。5.如权利要求4所述的空天飞机强度...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彬文，张顺利，秦强，贾二院，
申请(专利权)人：中国飞机强度研究所，
类型：发明
国别省市：