調(diào)試總結(jié)報(bào)告

PAGEPAGE1TPS專用控制系統(tǒng)調(diào)試總結(jié)報(bào)告（共9頁）編寫年月日校對(duì)年月日審核年月日批準(zhǔn)年月日哈爾濱工程大學(xué)科技園發(fā)展有限公司引言在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力模擬風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力模擬器是一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，國(guó)外目前大多數(shù)使用渦輪動(dòng)力模擬器（Turbinepoweredsimulator簡(jiǎn)稱TPS）進(jìn)行飛機(jī)模型的帶動(dòng)力實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行1079A型TPS是用壓縮空氣驅(qū)動(dòng)兩級(jí)渦輪帶動(dòng)同軸的兩極風(fēng)扇，壓縮空氣和風(fēng)扇由自由流吸進(jìn)的空氣分別流過TPS的內(nèi)、外涵道，在由尾噴管排出。1079A型TPS全部采用防腐材料，并配有軸承熱點(diǎn)偶和磁性速度傳感器。1079A型TPS典型的工作點(diǎn)是外涵出口落壓比為1.65，轉(zhuǎn)速為70500r/min，外涵氣流流量為0.92kg/s，對(duì)應(yīng)的渦輪驅(qū)動(dòng)空氣要求是：入口壓力為2.3Mpa，在60(15C)時(shí)流量為0.54kg/s。在TPS專用測(cè)控系統(tǒng)完成之后，進(jìn)行了調(diào)試。本報(bào)告對(duì)該系統(tǒng)在TPS實(shí)驗(yàn)中的調(diào)試作具體的分析總結(jié)。TPS供氣系統(tǒng)由于TPS的高速旋轉(zhuǎn)需要以高壓氣體作為動(dòng)力，因此在進(jìn)行測(cè)控系統(tǒng)調(diào)試之前，有必要介紹FL-8風(fēng)洞的高壓供氣系統(tǒng)。TPS供氣系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：a.壓縮空氣：TPS的壓縮空氣氣源由FL-8風(fēng)洞的11個(gè)氣瓶提供，供氣壓力可以達(dá)到6.4Mpa。b.穩(wěn)壓罐閥門和閘閥：都是管路上的截止閥，在實(shí)驗(yàn)時(shí)可以根據(jù)所需流量的大小對(duì)閥門作適當(dāng)?shù)拈_關(guān)調(diào)整。c.電動(dòng)調(diào)壓閥：可以自動(dòng)調(diào)節(jié)TPS壓縮空氣壓力的大小，使壓力符合實(shí)驗(yàn)的要求。過濾器：TPS渦輪工作轉(zhuǎn)速很高，一般可以達(dá)到40000~50000轉(zhuǎn)/分，因此要求驅(qū)動(dòng)氣體一定要干凈，限定最大顆粒尺寸，以免損壞渦輪，因此必須有專用過濾器。加熱器：在TPS實(shí)驗(yàn)中，都采用冷的壓縮空氣源作為驅(qū)動(dòng)壓力，當(dāng)高壓空氣在TPS渦輪處膨脹時(shí)，溫度降低，可能在短艙部分和渦輪葉片處形成結(jié)冰，改變TPS構(gòu)件的幾何尺寸和形狀，給出不正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，也可能阻塞測(cè)壓孔通路。為避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，除對(duì)壓縮空氣的含水量進(jìn)行控制外，還應(yīng)對(duì)冷的壓縮空氣進(jìn)行加熱。數(shù)字調(diào)壓閥：精確調(diào)節(jié)TPS進(jìn)氣流量，提供穩(wěn)定的工作壓力。下圖是TPS供氣系統(tǒng)的流程圖：（箭頭所指為氣體流動(dòng)方向）電動(dòng)調(diào)壓閥閘閥穩(wěn)壓罐閥門電動(dòng)調(diào)壓閥閘閥穩(wěn)壓罐閥門壓縮空氣壓縮空氣流量計(jì)安全閥過濾器加熱器流量計(jì)安全閥過濾器加熱器TPS數(shù)字調(diào)壓閥TPS數(shù)字調(diào)壓閥TPS實(shí)驗(yàn)時(shí)整個(gè)測(cè)控系統(tǒng)的組成情況TPS實(shí)驗(yàn)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)由三部分組成：a.壓力控制節(jié)點(diǎn)；b.加熱器溫度控制節(jié)點(diǎn)；TPS專用控制系統(tǒng)（哈爾濱工程大學(xué)科技園制作）。TPS專用測(cè)控系統(tǒng)在完成后可以同F(xiàn)L-8號(hào)風(fēng)洞的壓力控制、加熱器控制協(xié)調(diào)一致共同完成TPS實(shí)驗(yàn)任務(wù)，實(shí)驗(yàn)時(shí)以上三個(gè)部分并行工作，相互之間可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。下面是在做TPS實(shí)驗(yàn)時(shí)系統(tǒng)的各個(gè)組成部分及框圖：aa交流伺服電機(jī)PCI-8164交流伺服電機(jī)PCI-8164網(wǎng)關(guān)PCINI-6024E溫度、壓力NI-6024E溫度、壓力強(qiáng)電控制、限位數(shù)字I/O強(qiáng)電控制、限位數(shù)字I/ObbI/U變換入口、出口溫度單片I/U變換入口、出口溫度單片機(jī)ADC0832數(shù)碼顯示MAX7219數(shù)碼顯示MAX7219加熱器控制柜繼電器驅(qū)動(dòng)器加熱器控制柜繼電器驅(qū)動(dòng)器cc數(shù)字閥油泵數(shù)字閥油泵繼電器組PCI-6503繼電器組PCI-6503PCI入口、出口溫度PCI-4351入口、出口溫度PCI-4351轉(zhuǎn)速速度/頻率變換PCI-6602轉(zhuǎn)速速度/頻率變換PCI-6602該系統(tǒng)以高速實(shí)時(shí)局域網(wǎng)作為中樞，由計(jì)算機(jī)、單片機(jī)組成分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，具有模塊化、開放式的結(jié)構(gòu)。從上面的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中可以了解到整個(gè)控制系統(tǒng)的各個(gè)組成部分。壓力控制節(jié)點(diǎn)：壓力控制節(jié)點(diǎn)是TPS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中比較重要的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，是保證TPS正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提條件。該節(jié)點(diǎn)采用工控機(jī)作為主控機(jī)，通過NI公司的6024E數(shù)據(jù)采集板對(duì)溫度、壓力、位移等信號(hào)進(jìn)行采集。該板卡同時(shí)具有數(shù)字量輸入輸出功能，可以控制閘閥等一些截止閥。對(duì)調(diào)壓閥的控制采用的是凌華PCI-8164四軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)卡，采用位控的方式對(duì)松下伺服電機(jī)進(jìn)行控制。該節(jié)點(diǎn)在實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)壓力的同時(shí)，將溫度、壓力、位移等參數(shù)通過高速局域網(wǎng)傳送到主控機(jī)，同時(shí)接受主控機(jī)發(fā)送的命令。(2)加熱器控制節(jié)點(diǎn)：采用以89C2051單片機(jī)，該單片機(jī)具有2K字節(jié)的閃存和128個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，8個(gè)I/O口和一個(gè)全雙工串口。對(duì)溫度的采集采用ADC0832芯片，該芯片是雙通道8位串行A/D,可以對(duì)加熱器入口溫度和出口溫度進(jìn)行采集并實(shí)時(shí)顯示出來，采集到的溫度通過串口送到主控機(jī)。加熱器控制柜的控制主要是強(qiáng)電的控制，利用89C2051的I/O端口，采用繼電器進(jìn)行隔離，驅(qū)動(dòng)接觸器對(duì)加熱器進(jìn)行控制。(3)TPS專用測(cè)控系統(tǒng)：TPS專用測(cè)控系統(tǒng)是TPS自動(dòng)控制系統(tǒng)的中樞，在進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制前向各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送命令，各節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)穩(wěn)定后再進(jìn)行轉(zhuǎn)速的控制。它包括以下幾部分：a.數(shù)字閥控制、潤(rùn)滑控制、外部急停、油泵：采用NI公司PCI-6503數(shù)字量I/O板進(jìn)行控制。數(shù)字調(diào)壓閥由12個(gè)氣電式閥門組成。其中前8個(gè)氣電閥各為獨(dú)立的一組，9、10為一組，9、10、11、12為一組，每一個(gè)閥門對(duì)應(yīng)PCI-6503的一路I/O控制。b．溫度控制和采集：TPS溫度采集采用的是NI公司的PCI-4351采集板，該采集板具體指標(biāo)如下：16通道差分輸入，24位分辨率，15V輸入范圍，對(duì)熱電偶溫度采集精度為0.42，對(duì)熱敏電阻溫度采集精度是0.03。當(dāng)TPS轉(zhuǎn)速較高時(shí)，需要監(jiān)視兩個(gè)軸承的前后溫度，當(dāng)溫度超出設(shè)定的范圍后，需要立刻停車。c．轉(zhuǎn)速控制和采集：TPS轉(zhuǎn)速控制和采集采用的是NI公司的PCI-6602計(jì)數(shù)器/定時(shí)器卡，該卡具有8個(gè)32位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，最大計(jì)數(shù)頻率為80MHz。轉(zhuǎn)速控制有自動(dòng)和手動(dòng)加自動(dòng)兩種方式。TPS在其余節(jié)點(diǎn)狀態(tài)穩(wěn)定后，首先開啟潤(rùn)滑系統(tǒng)、設(shè)定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速的設(shè)定有兩種方法：一種是自動(dòng)，一種是手動(dòng)加自動(dòng)，設(shè)定轉(zhuǎn)速后TPS開始運(yùn)行，運(yùn)行過程中可以實(shí)時(shí)改變需要穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速。3典型的控制方案3.1穩(wěn)定壓力的控制方案在壓力穩(wěn)定節(jié)點(diǎn)中，由計(jì)算機(jī)、采集板、壓力傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)卡構(gòu)成了典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)時(shí)首先根據(jù)高壓氣瓶的壓力、需要穩(wěn)定的壓力值查表計(jì)算調(diào)壓閥閥門的開度，這樣一般與所需要穩(wěn)定的壓力誤差在0.1Mpa左右，然后調(diào)壓閥在這一位置上可以進(jìn)行細(xì)調(diào)，直到壓力滿足要求。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)時(shí)間較短，精度上也能滿足要求。3.2TPS專用測(cè)控系統(tǒng)中穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的控制方案穩(wěn)定轉(zhuǎn)速工程大學(xué)科技園采用的是典型的PID控制方案。具體控制參數(shù)由該公司通過仿真得到，在調(diào)試中進(jìn)行實(shí)際的修改。4TPS測(cè)控系統(tǒng)的軟件上面介紹了TPS測(cè)控系統(tǒng)中的各組成部分，軟件由于各個(gè)部分都不相同，限于篇幅本報(bào)告主要介紹TPS專用測(cè)控系統(tǒng)的軟件情況。4.1軟件平臺(tái)TPS主控軟件采用的NI公司的LABVIEW5.0編制的，因此使用該公司的軟件能夠與硬件做到完美結(jié)合，從兼容性來說可以做到最好。另外，LABVIEW有以下功能：a.VI的交互式用戶接口因?yàn)榕c真實(shí)物理儀器面板相似，前面板可以包含旋鈕、刻度盤、開關(guān)、圖表和其它界面工具，允許用戶通過鍵盤或鼠標(biāo)獲取數(shù)據(jù)并顯示結(jié)果。b.VI從數(shù)據(jù)流框圖接受指令。c.VI模塊化特性。G語言最佳的實(shí)現(xiàn)了模塊化編程思想。4.2TPS主控軟件介紹a.TPS具有兩個(gè)速度傳感器A、B，程序運(yùn)行后，選擇其中一個(gè)，下面的是速度設(shè)定欄，可以選擇手動(dòng)設(shè)定或者鍵盤設(shè)定。中間的大表盤顯示的是反饋回來TPS轉(zhuǎn)速。b.當(dāng)上述參數(shù)設(shè)定完成后，按下STARTRUN按鈕，數(shù)字閥電源燈亮，TPS潤(rùn)滑系統(tǒng)開始工作，轉(zhuǎn)速開始逐漸加大，直到達(dá)到設(shè)定值。c.溫度系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速逐漸增大后，溫度逐漸升高，但始終在溫度限制范圍內(nèi)。d.TPS運(yùn)行過程中，可以選擇查看速度曲線或溫度曲線。界面如下：e.下圖是TPS系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定圖示：上述的參數(shù)一般時(shí)候不需要改動(dòng)。最下面的是10位數(shù)字閥的開關(guān)顯示。當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，可以打印報(bào)表數(shù)據(jù)。5調(diào)試結(jié)論：=1\*GB3①調(diào)試內(nèi)容：測(cè)量種類給定轉(zhuǎn)速（Rpm）實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速（Rpm）誤差（Rpm）結(jié)論轉(zhuǎn)速100009780-9820<200符合技術(shù)要求2000019840-19800<2004000039810-39860<2006000049840-49800<2007100070300-70500接近最高轉(zhuǎn)速溫度固定轉(zhuǎn)速(Rpm)前軸溫度后軸溫度在一定的轉(zhuǎn)速情況下，所測(cè)得的溫度基本符合理論溫度。45000140F78F63000120F70F油泵供油方式狀態(tài)控制滿足要求連續(xù)完好開間歇完好開數(shù)字調(diào)節(jié)閥數(shù)字調(diào)節(jié)閥電磁閥狀態(tài)開狀態(tài)關(guān)電磁閥狀態(tài)良好，開關(guān)迅速，滿足需要。1開關(guān)2開關(guān)3開關(guān)4開關(guān)5開關(guān)6開關(guān)7開關(guān)8開關(guān)安全保障超溫度超轉(zhuǎn)速無潤(rùn)滑結(jié)論91F72000不能啟動(dòng)符合提出要求150F自動(dòng)停車自動(dòng)停車=2\*GB3②發(fā)現(xiàn)問題：1）.試車過程中發(fā)現(xiàn)TPS轉(zhuǎn)速較低時(shí)，轉(zhuǎn)速波動(dòng)很大，這主要與TPS控制參數(shù)有關(guān)，通過以后的實(shí)驗(yàn)可以逐漸摸索出這些控制參數(shù)，從而提高轉(zhuǎn)速的控制精度。2）.試車過程中，發(fā)現(xiàn)TPS速度傳感器在TPS零轉(zhuǎn)速時(shí)有輸出，說明轉(zhuǎn)速測(cè)量通道有干擾，需要采取一些抗干