1、基于組態(tài)方式的風(fēng)洞運行安全關(guān)車控制方法摘要：針對某亞跨超聲速風(fēng)洞復(fù)雜的安全關(guān)車工況，設(shè)計了一種基于組態(tài)方式的風(fēng)洞安全關(guān)車控制方法，通過靈活組態(tài)調(diào)壓 閥壓力調(diào)節(jié)、模型迎角回零以及調(diào)壓閥關(guān)閉功能模塊，形成5種運行工況對應(yīng)的安全關(guān)車控制策略；經(jīng)調(diào)試運行：各功能模塊能 夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計功能，穩(wěn)定段總壓控制精度為#%，滿足壓力控制精度要求；安全關(guān)車控制策略可以在異常報警情況下實現(xiàn)壓力調(diào) 節(jié)，模型迎角回零以及調(diào)壓閥關(guān)閉，完成安全關(guān)車，保證風(fēng)洞安全關(guān)鍵詞：風(fēng)洞；組態(tài)方式；安全關(guān)車Safety Shutdown Control Method of Wind Tunnel OperationBased on Conf

2、iguration ModeAbstract： Aiming at the complex safety shutdown conditions of the transonic and supersonic wind tunnel，a safety shutdown control method based on configuration was designed. By lexible configuration function module of pressure regulating valve，model angle of attack zeroing and pressure

3、regulating valve closing, a safety shutdown control strategy correspondmg to five operatmg conditions was formed. After debugging and runn i ng: each funct i on module can rea 1 i ze the des i gned funct i on，the total pressure control prec i s i on of the stable section is 0. 2 %，meetng the require

4、ment of pressure control precision； in the case of abnormal alarm，the control strategy of safety shutdown can realize pressure adjustment， return model angle of attack to zero and close pressure regulating valve tocomplete the safety shutdown &ensure safety of the wnd tunnel.Keywords: wind tunnel； c

5、onfiguration； safety shutdown?引言在風(fēng)洞運行過程中，為了保證風(fēng)洞試驗運行安全，需 要設(shè)計風(fēng)洞運行安全關(guān)車控制方法，當(dāng)風(fēng)洞運行過程中出 現(xiàn)異常狀況時，能夠自動執(zhí)行相關(guān)安全關(guān)車操作，保證風(fēng) 洞設(shè)備安全某風(fēng)洞為新建風(fēng)洞，是$米量級的半回流暫沖式亞跨 超聲速風(fēng)洞，試驗馬赫數(shù)范圍M=0.34.5。風(fēng)洞設(shè)備主 要包括：主進氣路管路系統(tǒng)、引射進氣管路系統(tǒng)、穩(wěn)定段、 收縮段、噴管段、試驗段（2個）、支架段、超擴段、吸入 引射器、亞擴段和增量引射器等，其中主進氣路管路系統(tǒng) 包括主閘閥、主快速閥及其均壓閥和主調(diào)壓閥，引射進氣 管路系統(tǒng)包括引射閘閥、引射快速閥及其均壓閥和引射調(diào) 壓閥。

6、該風(fēng)洞運行方式復(fù)雜，針對不同運行工況，共有5種 運行方式：增量引射式、下吹式、下吹吸入引射式、增量 +吸入引射式，增量+下吹吸入引射式，通過主進氣路管 路系統(tǒng)、引射進氣管路系統(tǒng)以及增量引射器的組合使用， 實現(xiàn)了 0. 34. 5的寬馬赫數(shù)試驗運行范圍運行方式組合 如表$所示表$風(fēng)洞運行方式組合表運行方式主進氣管路系統(tǒng)引射進氣 管路系統(tǒng)增量引射器增量引射式使用使用下吹式使用下吹吸入引射式使用使用增量+吸入引射式使用使用增量+下吹吸入引射式使用使用使用風(fēng)洞處于不同的運行方式和運行工況時，對應(yīng)關(guān)車涉 及到的風(fēng)洞設(shè)備及其關(guān)閉時間邏輯不同，導(dǎo)致安全關(guān)車控 制方法設(shè)計復(fù)雜以往風(fēng)洞安全關(guān)車控制方法僅針對已知

7、 工況進行一體化設(shè)計2-&（,當(dāng)新增運行方式時，需要對原有 的控制方法進行重新設(shè)計，對控制程序的結(jié)構(gòu)和邏輯進行 更改，無法在現(xiàn)有控制方法基礎(chǔ)上僅針對新工況單獨添加 相應(yīng)安全關(guān)車功能，可擴展性差，同時可能降低程序運行 的可靠性，帶來新的不安全因素$為了提高新風(fēng)洞調(diào)試效率，便于后期添加新運行方式 時快速調(diào)整添加安全關(guān)車控制策略，同時保證程序的可靠 性，設(shè)計了一種基于組態(tài)方式、易于擴展的風(fēng)洞運行安全 關(guān)車控制方法$1安全關(guān)車流程在風(fēng)洞運行過程中，需要實時監(jiān)測風(fēng)洞各系統(tǒng)狀態(tài)， 當(dāng)出現(xiàn)異常報警時，將根據(jù)當(dāng)前風(fēng)洞運行方式自動選擇對 應(yīng)安全關(guān)車流程進行安全關(guān)車$在風(fēng)洞安全關(guān)車過程中， 為了保證洞體和試驗?zāi)Ｐ?/p>

8、的安全，需要保證穩(wěn)定段總壓和 集氣室壓力在相應(yīng)范圍之內(nèi)，同時待模型迎角回到零位即 模型回零后再切斷氣源&）$針對風(fēng)洞目前的5種運行方式，風(fēng)洞安全關(guān)車流程包 括：1）當(dāng)使用“增量引射式*與“下吹式*運行方式時， 安全關(guān)車流程為主調(diào)壓閥調(diào)節(jié)穩(wěn)定段總壓，同時模型支撐 機構(gòu)控制模型回到零位，然后關(guān)閉主調(diào)壓閥; 2）當(dāng)使用 “下吹吸入引射式運行方式時，安全關(guān)車流程為主調(diào)壓閥 調(diào)節(jié)穩(wěn)定段總壓、引射調(diào)壓閥調(diào)節(jié)集氣室壓力，同時模型 支撐機構(gòu)控制模型回到零位，關(guān)閉主調(diào)壓閥，待穩(wěn)定段總 壓下降至給定值時關(guān)閉引射調(diào)壓閥; 3）當(dāng)使用“增量+下 吹吸入引射式*運行方式時，安全關(guān)車流程為主調(diào)壓閥調(diào) 節(jié)穩(wěn)定段總壓、引射調(diào)

9、壓閥調(diào)節(jié)集氣室壓力，同時模型支 撐機構(gòu)控制模型回到零位，然后同時關(guān)閉主調(diào)壓閥和引射 調(diào)壓閥; 4）當(dāng)使用“增量+吸入引射式*運行方式時，安 全關(guān)車流程為引射調(diào)壓閥調(diào)節(jié)集氣室壓力，同時模型回零， 然后判斷穩(wěn)定段總壓是否小于設(shè)定值，若小于，則啟動主 調(diào)壓閥調(diào)節(jié)穩(wěn)定段總壓，當(dāng)穩(wěn)定段總壓不小于設(shè)定值時， 同時關(guān)閉主調(diào)壓閥和引射調(diào)壓閥$2功能模塊根據(jù)風(fēng)洞安全關(guān)車流程，風(fēng)洞運行安全關(guān)車控制方法 涉及到的裝置包括主調(diào)壓閥、引射調(diào)壓閥、彎刀機構(gòu)、半 模機構(gòu)、控制器、電液伺服閥、換向閥及壓力傳感器等$ 通過對風(fēng)洞安全關(guān)車時涉及到的所有裝置功能進行分析， 分解形成各裝置關(guān)車功能模塊，包括調(diào)壓閥壓力調(diào)節(jié)功能： 主調(diào)

10、壓閥壓力調(diào)節(jié)功能、引射調(diào)壓閥壓力調(diào)節(jié)功能+模型 回零功能：彎刀機構(gòu)模型回零功能、半模機構(gòu)模型回零功 能;調(diào)壓閥關(guān)閉功能：主調(diào)壓閥關(guān)閉功能、引射調(diào)壓閥關(guān) 閉功能$然后針對不同的試驗運行工況，將各裝置關(guān)車功 能模塊按照一定時序和判斷條件進行組態(tài)，形成各工況下 的安全關(guān)車控制策略$根據(jù)調(diào)壓閥壓力調(diào)節(jié)功能、模型回零功能以及調(diào)壓閥 關(guān)閉功能，將安全關(guān)車功能模塊細分為主調(diào)壓閥壓力調(diào)節(jié) 功能模塊A,引射調(diào)壓閥壓力調(diào)節(jié)功能模塊I,模型回零功 能模塊C,主調(diào)壓閥關(guān)閉功能模塊D,引射調(diào)壓閥關(guān)閉功能模塊E$2 1調(diào)壓閥壓力調(diào)節(jié)功能模塊調(diào)壓閥為環(huán)狀縫隙閥，通過改變氣流流通截面積改變 氣流流量，從而改變相應(yīng)部段壓力，即

11、通過控制調(diào)壓閥油 缸位置調(diào)節(jié)相應(yīng)部段壓力&*13$調(diào)壓閥采用液壓油缸驅(qū) 動，通過控制器輸出控制電流至電液伺服閥控制油缸伸 縮，安裝于油缸內(nèi)部的直線位移傳感器實時反饋油缸位移 至控制器,形成調(diào)壓閥位置閉環(huán)控制,同時根據(jù)安裝于相 應(yīng)部段的壓力傳感器實時反饋壓力信號實現(xiàn)調(diào)壓閥壓力閉 環(huán)調(diào)節(jié)$當(dāng)進行安全關(guān)車調(diào)壓閥調(diào)節(jié)壓力時，首先判斷電液伺 服閥閥芯位置是否大于S （S值可根據(jù)具體設(shè)備工況確 定），若大于S,則不調(diào)節(jié)壓力，保持閥位不變;若閥芯位 置小于S,則繼續(xù)判斷實際壓力巳是否小于啟動壓力（9, 若小于,則不調(diào)節(jié)壓力,保持閥位不變,若大于,則進行 調(diào)壓閥壓力調(diào)節(jié)$為了防止壓力調(diào)節(jié)出現(xiàn)超調(diào)過大的情 況，

12、采用兩種輸出電流計算方法，一是采用計算函數(shù)根據(jù) 循環(huán)周期計算輸出電流，逐漸增加電流值，當(dāng)計算電流值 絕對值超出8 mA時,輸出電流絕對值為8 mA,電流計算 函數(shù)為：=土 （CVX 232） （1）其中：為計算輸出電流值，CV為控制器啟動計算循 環(huán)次數(shù)，當(dāng)前壓力小于目標(biāo)壓力時電流輸出值為正值，當(dāng) 前壓力大于目標(biāo)壓力時電流輸出值為負值$二是根據(jù)壓力 傳感器反饋的實際壓力與目標(biāo)壓力pm采用模糊PID算 法&142。，實時計算電流值L$實時比較兩種計算方法的電 流差值，當(dāng)差值在誤差范圍之外時，采用L輸出至電液伺 服閥，當(dāng)差值在誤差范圍之內(nèi)時，采用L輸出至電液伺服 閥,控制調(diào)壓閥調(diào)節(jié)壓力至目標(biāo)值$調(diào)壓

13、閥壓力調(diào)節(jié)功能 模塊原理如圖1所示，根據(jù)調(diào)節(jié)對象的不同，分為主調(diào)壓 閥壓力調(diào)節(jié)功能模塊A和射調(diào)壓閥壓力調(diào)節(jié)功能模塊I, 為了防止壓力波動大導(dǎo)致模型抖動，要求壓力控制精度要 求為1% $22模型回零功能模塊模型回零功能模塊C原理如圖2所示，進行安全關(guān)車 模型回零時，有三種工況，其中全模機構(gòu)采用液壓驅(qū)動, 通過控制油缸伸縮來調(diào)節(jié)模型迎角;半模機構(gòu)采用電機驅(qū) 動，通過控制電機轉(zhuǎn)動來調(diào)節(jié)模型迎角;特種機構(gòu)僅進行 回零信號監(jiān)測不進行模型回零控制$如果使用全模機構(gòu)， 首先判斷模型迎角階梯數(shù)是否為0,若為0,則判斷模型已 回到零位+若不為#,則判斷當(dāng)前彎刀機構(gòu)控制方式為自動 還是手動;若為自動，則根據(jù)當(dāng)前角

14、度打開換向閥1控制 模型回到零位;若為手動，則手動操作相應(yīng)按鈕打開換向 閥1控制模型回到零位$如果使用半模機構(gòu),首先判斷模 型階梯數(shù)是否為0 ,若為0 ,則判斷模型已回到零位+若不 為0 ,則根據(jù)當(dāng)前角度控制電機轉(zhuǎn)動使模型回到零位$如果 使用特種機構(gòu),在進行安全關(guān)車時,僅向特種機構(gòu)控制器發(fā)送回零信號，接收到特種機構(gòu)的回零到位信號后，判斷機構(gòu)回到零位#圖2模型回零功能模塊原理圖2.3調(diào)壓閥關(guān)閉功能模塊進行安全關(guān)車調(diào)壓閥關(guān)閉時，首先判斷電液伺服閥閥 芯位置是否小于S,若小于S,則控制器向電液伺服閥發(fā)送 控制電流八并保持廠秒秒后打開換向閥2關(guān)閉調(diào) 壓閥并保持*2秒，*2秒后再關(guān)閉換向閥2,若大于S,

15、則 直接打開換向閥2關(guān)閉調(diào)壓閥*2秒，*2秒后再關(guān)閉換向閥2#調(diào)壓閥關(guān)閉功能模塊原理如圖3所示，根據(jù)控制對象的 不同，分為主調(diào)壓閥關(guān)閉功能模塊D和引射調(diào)壓閥關(guān)閉功 能模塊E#圖3調(diào)壓閥關(guān)閉功能模塊原理圖3安全關(guān)車控制策略根據(jù)風(fēng)洞試驗運行方式，將安全關(guān)車功能模塊A、I、 C、D、E按照設(shè)計時序進行組合，組態(tài)形成對應(yīng)工況的安 全關(guān)車控制策略#風(fēng)洞運行方式對應(yīng)調(diào)用的安全關(guān)車功能 模塊如表2所示，當(dāng)進行新工況擴展時，可通過增加新的 關(guān)車功能模塊以及將各關(guān)車功能模塊按照新的設(shè)計時序進 行組合實現(xiàn)#針對風(fēng)洞目前的5種運行方式，現(xiàn)有4種安全 關(guān)車控制策略#表2風(fēng)洞運行方式對應(yīng)關(guān)車功能模塊表序號運行方式調(diào)用功

16、能模塊1增量引射式9CD2下吹式9CD3下吹吸入引射式ABCDE4增量+下吹吸入引射式ABCDE5增量+吸入引射式ABCDE新增運行方式安全關(guān)車控制策略1：針對“增量引射式”和“下吹 式”風(fēng)洞運行方式的安全關(guān)車控制策略如圖4所示，試驗 過程中僅使用主調(diào)壓閥，當(dāng)進行安全關(guān)車時，若穩(wěn)定段總 壓P#大于等于設(shè)定總壓PS使用主調(diào)壓閥壓力調(diào)節(jié)功能模 塊A將穩(wěn)定段總壓調(diào)節(jié)至關(guān)車總壓P若穩(wěn)定段總壓P# 小于設(shè)定總壓P使用主調(diào)壓閥壓力調(diào)節(jié)功能模塊A保持 穩(wěn)定段當(dāng)前總壓,同時使用模型回零功能模塊C控制模型 回到零位，待模型回到零位后，使用主調(diào)壓閥關(guān)閉功能模 塊D關(guān)閉主調(diào)壓閥#安全關(guān)車控制策略2：針對“下吹吸入引

17、射式”風(fēng)洞運圖4安全關(guān)車控制策略1行方式的安全關(guān)車控制策略如圖5所示，試驗過程中同時 使用主調(diào)壓閥和引射調(diào)壓閥，當(dāng)進行安全關(guān)車時，若穩(wěn)定 段總壓P#大于等于設(shè)定總壓PS!使用主調(diào)壓閥壓力調(diào)節(jié)功 能模塊9調(diào)節(jié)穩(wěn)定段總壓P#至關(guān)車總壓Pg,若穩(wěn)定段總 壓P#小于設(shè)定總壓P,使用主調(diào)壓閥壓力調(diào)節(jié)功能模塊9 保持穩(wěn)定段當(dāng)前總壓,同時使用引射調(diào)壓閥壓力調(diào)節(jié)功能 模塊B調(diào)節(jié)集氣室壓力Pi至關(guān)車壓力Pgi，使用模型回零 功能模塊C控制模型回到零位,待模型回到零位后，使用 主調(diào)壓閥關(guān)閉功能模塊D關(guān)閉主調(diào)壓閥，待穩(wěn)定段總壓降 至設(shè)定值P）時，使用引射調(diào)壓閥關(guān)閉功能模塊E關(guān)閉引射 調(diào)壓閥圖5安全關(guān)車控制策略2安全

18、關(guān)車控制策略3:針對“增量+下吹吸入引射式 風(fēng)洞運行方式的安全關(guān)車控制策略如圖6所示，試驗過程 中同時使用主調(diào)壓閥和引射調(diào)壓閥，當(dāng)進行安全關(guān)車時， 使用主調(diào)壓閥壓力調(diào)節(jié)功能模塊9調(diào)節(jié)穩(wěn)定段總壓P#至關(guān) 車總壓Pg,同時使用引射調(diào)壓閥壓力調(diào)節(jié)功能模塊B調(diào)節(jié) 集氣室壓力Pi至關(guān)車壓力Pgi,使用模型回零功能模塊C 控制模型回到零位，待模型回到零位后，同時使用主調(diào)壓 閥關(guān)閉功能模塊D和引射調(diào)壓閥關(guān)閉功能模塊E關(guān)閉主調(diào) 壓閥和引射調(diào)壓閥圖6安全關(guān)車控制策略3安全關(guān)車控制策略4:針對“增量+吸入引射式”風(fēng)洞 運行方式的安全關(guān)車控制策略如圖7所示，當(dāng)進行安全關(guān) 車時，使用引射調(diào)壓閥壓力調(diào)節(jié)功能模塊B調(diào)節(jié)集

19、氣室壓 力Pi至關(guān)車壓力Pgi,使用模型回零功能模塊C控制模型 回到零位，待模型回到零位后，若穩(wěn)定段總壓P#小于判斷 設(shè)定值P，則使用主調(diào)壓閥壓力調(diào)節(jié)功能模塊9調(diào)節(jié)穩(wěn)定 段總壓P#至判斷設(shè)定值P,當(dāng)穩(wěn)定段總壓達到判斷設(shè)定值 P后，同時使用主調(diào)壓閥關(guān)閉功能模塊D和引射調(diào)壓閥關(guān) 閉功能模塊E關(guān)閉主調(diào)壓閥和引射調(diào)壓閥,若穩(wěn)定段總壓 P#大于等于判斷設(shè)定值P，使用引射調(diào)壓閥關(guān)閉功能模塊 E關(guān)閉主調(diào)壓閥和引射調(diào)壓閥4 試驗調(diào)試結(jié)果與分析對控制功能模塊進行調(diào)試，由于調(diào)壓閥壓力調(diào)節(jié)功能 需要在試驗狀態(tài)下進行調(diào)試，因此未單獨進行調(diào)試，在控 制策略聯(lián)調(diào)中進行相關(guān)調(diào)試對模型回零功能進行調(diào)試, 在使用全摸機構(gòu)自動工況下，在模型迎角為20時，手動 模擬發(fā)送回零信號，模型能夠自動回到并發(fā)送回零到位 信號對調(diào)壓閥關(guān)閉功能進行調(diào)試，在主調(diào)壓