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基于伺服电机的气路微调控制系统设计
赵衍庭
（中国航空工业空气动力研究院低建高雷诺数气动力航空科技重点实验宝，黑龙江哈尔滨150001）
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摘要：日前，常见的气路控制方式是使用电磁阅。而对于风测试验中需求的高精度气路微调控制，电醛阅在控制精度和稳定性上就不能完全满足需求了。本文设计的是一种基于伺电机的气路微调控制系统。该系统应用伺服电机在控制上的准确性，将对气路阅门的住置控制转换成对气量的精确调节，满是了风洞试验应用的实除需求。本文结合某风润进行的一次吹气襟翼试验来介绍这种控制系统。
关键词：气路微调；伺服电机；流量计
1设计背景
某风洞在设计一项吹气模试验系统时，要求供气量调节精度在
4.1控制系统工作原理
供气流量控制模块由一台远程工控机控制，工控机内控制软件通过
1以内。目前常见的气路控制方式是使用电磁阀。而对于风润试验中需
CAN总线给效置于模型内部的驱动器发送控制命令，驱动器控制电机转
求的高精度气路微调控制，电磁阀在控制精度和稳定性上就不能完全满足需求了。所以为满足试验需求，需要设计一种可以连续式微量调节气量，并且调节气量精度在1s以内的控制系统
本文介绍的系统是基于同服电机的气路微调控制系统。该系统应用何服电机在控制上的准确性，将对气路阀门的位置控制转换成对气量的精确调节，满足了风润试验应用的实际需求。
2应用需求
吹气襟翼的基本原理是在襟翼上表面用吹气的方法进行边界层控制。吹气使靠近壁面的气流(边界层)加人了动量。因此，吹气缝后模翼上表面边界层的速度型发生变化。吹气缝吹出的沿模翼上表面的射流克服边界层分离能力的大小决定了吹气禁翼的增升效果。射流离开吹气缝出口速度的初始值以及随后在边界层中的扩散规律都影响边界层的速度型，也就决定了边界层分离点后移的位置，最终表现在吹气稳翼增升效果的大小。根据射流理论，对于同样的吹气量，随着吹气缝宽度、吹出气流的速度及周围气流条件的不同配置，可以有完全不同的射流扩展，亦即完全不同的边界层速度型和增升效果。所以吹气量和升力增量之间并不存在单一关系。
目前，广泛地采用吹气动量系数C，作为表示吹气量的相似参数，其定义为：c,-"
s
吹气射流质量流量：
式中m
假设吹气缝内的气流等确膨胀到外界未扰动气流压强时的速
度；
一未扰动气流的密度；
P
——未扰动气流的速度； S机翼参考面积。
为了便于在结构上实现后缘吹气稳翼方案，一股采用后缘简单稳翼。随着吹气动量系数的增大，襟翼上表面的附面层分离高点逐渐后移。当吹气动量系数达到某一值时，分高点移到后缘，全翼面刚好达到体流动，这时的吹气动量系数值通常称为临界吹气动量系数。当吹气动量系数大于临界值时，吹气动量系数除足够保持翼面的附体流动外，剩余部分则加人主流以增加机票的环量，使机翼形成超环量增升，称为环量控制（缩写为CC)，当吹气动量系数小于临界值时，称为边界层控制（缩写为 BLC)。
当吹气量小于临界吹气动量系数时，吹气襟翼的效率较高。固此，般取吹气襟翼的吹气动量系数略大于临界吹气动量系数，以充分发挥边界层控制的优越性。另外，吹气襟翼的吹气动量系数的选取还应考虑气源供气能力的大小。
3控制系统的总体结构
在某风润进行的某型号吹气稳兴试验控制系统主要由供气管路、供气流量控制模块和远程工控机组成。供气管路分为内稳供气管路和外锁供气线路。供气流量控制模块通过控制气源与供气管路之间的开口大小来调节供气流量，进而实现吹气禁翼流量的控制。吹气稳费供气流量控制模块主要由Elmo驱动器、松下伺服电机、调压锥及流量计组成。某型号吹气誉翼试验中应用了2个供气管路，所以控制模块也由2套上述部件组成。
4控制系统的设计实现
动使调压锥进行伸出或回缩运动。调压锥位于气源与供气管路的接口处，起到阀门的作用，其伸出长度的变化可以改变供气管路中气流量。所以通过控制电机的精确运转，可以实现对吹气流量的精确控制。位于供气管路上的流量计测量供气管路中的真实气流量，并反馈到控制软件中。操作者可以根据软件中显示的实时反馈气量进行微调，控制调压锥微量位移逐渐达到想要的最佳供气效果。
4.2硬件设计
Elmo驱动器：Elmo长期以来一直生产具有自己特色的高端运动控制产品，尤其精密同服系统是其专业制造的代表。Elmo将具有创新意义的SimplIQMotion Control Technology技术融合进数字伺服驱动器之中，能适应多种电机反馈类型，负载可选择性大大提升。本系统首次采用将同服驱动器放入模型内部的控制方式，缩短了驱动器与同服电机之间电缆长度，大大减小了伺服系统工作时对采集系统的干扰，
松下伺服电机：松下公司的交流向服电机在相同功率条件下，具有比其它品牌外形尺寸更小的特点。这有利于本试验装置放置于模型内部对空间要求较高的设计需求。
流量计：本系统流量计是自主设计的流量测量系统，主要由全量程精度为004%的总温传感器和精度1级的T型热电偶温度传感器组成。系统测量精度高，为流量控制提供出准确的反馈数值。传感器输出由风润采集设备VXI进行采集，由网络传输给工控机显示。
CAN总线：CAN总线是基于串行通信的网络系统.它是一种标准的开敏型、高性能，高可靠性和低成本的现场总线。本系统使用CAN总线作为通讯载体，使系统可以融入风洞现有CAN总线系统中，再由远程工控机进行控制
4.3软件设计
控制软件实现对供气流量控制模块的远程控制，并实时显示流量计反馈回的气流量。操作人员根据反馈值适当调节调压锥位置，实现对气流量的精确调控
44控制精度测试
通过对调压锥实际行走距离的测量，控制系统通过控制同服电机带动减速器、调压锥等部件运动，最终调压锥实际可行走最小距高为 002mm在吹气状态下，锥位行走002mm对应供气流量变化量为04g/ 所以本控制系统对吹气稳实试验供气流量的控制精度就是04/，其满足了供气量精度1g/s的设计需求。
5结论
通过某型号吹气襟翼试验的顺利完成，标志着本控制系统已经满足风润吹气禁翼试验的技术指标和使用需求。系统通过对调压锥的精确控制和流量计的高精度测量，实现了对吹气量的准确调控，满足了吹气潜试验对稳票表面速度层的改变控制高求。系统首次将电机驱动器人模型内部，大大降低了同服控制系统对外界的信号干扰，进一步提升了试验数据的精准度，
参考文献
[和润生吹气带翼试验技术研究.
[2]部宽明.CAN总线原理和应用系规设计M北京：北京航空航天大学出版社,1996
[3Elmo智能伺报——Cello安装手册
4日本松下电机伺服电机用户选型手册,2008,1.
作者简介衍庭1982，5-)，男，山东人，工程师，研究方向：风测实验测控技术的发展与应用，