基于组态方式的风洞运行安全关车控制方法与流程

本发明涉及航空航天风洞试验领域，尤其是涉及一种基于组态方式的保证半回流暂冲式亚跨超声速风洞安全运行而设计的安全关车控制方法。

背景技术：

在风洞运行过程中，为了保障风洞试验运行安全，需要设计风洞运行安全关车控制方法，当风洞运行过程中出现异常紧急状况时，能够自动执行相应安全关车操作。而针对风洞型号试验的不同需求，风洞运行工况复杂，关车时涉及到的风洞设备及其关闭时机不同，导致安全关车控制方法设计复杂。现有的风洞安全关车控制方法仅针对已知工况进行一体化设计，当新增运行工况时，需要对原有的控制方法进行重新设计，无法在现有控制方法基础上仅针对新工况单独添加相应安全关车功能，可扩展性差。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种基于组态方式的风洞运行安全关车控制方法，根据风洞运行安全关车中所涉及到装置的处理方式，将安全关车操作分解成与各装置对应的关车功能模块，包括：

主调压阀的压力调节功能模块a；

引射调压阀的压力调节功能模块b；

模型的回零功能模块c；

主调压阀的关闭功能模块d；

引射调压阀的关闭功能模块e；

其中，在不同的试验运行工况下，将与各装置相对应的关车功能模块按照相应时序和判断条件进行组态，形成与各工况对应的多个紧急关车控制策略。

优选的是，在压力调节功能模块a以及压力调节功能模块b中，其压力调节方式被配置为包括：

s10、将调压阀配置为液压驱动，电液伺服阀实时反馈当前阀芯位置对应的电流信号给控制器；

s11、控制器将实时接收的电流信号转换为当前的实时阀芯位置；

s12、在进行安全关车对调压阀进行压力调节时，首先判断电液伺服阀的实时阀芯位置绝对值是否大于预定值，若大于预定值，则不调节压力，保持阀位不变，否则判断集气室内的实际压力是否小于启动压力；

s13、若实际压力小于启动压力，则不调节压力，保持阀位不变，否则通过控制器向电液伺服阀输出控制电流，进而通过调压阀对集气室的压力进行调节。

优选的是，在s13中，控制器采用逐步增加电流值的方式对调压阀的压力进行调节，其调节方式被配置为包括：

s131,控制器启动电流调节，并采用输出电流计算公式i＝±(cv×2+2)得到不同循环周期下的第一电流输出值，其中，i为计算输出电流值，cv为控制器启动计算的循环次数，且在当前压力小于目标压力时，将第一电流输出值设定为正值，否则为负值；

s132，根据压力传感器当前反馈的集气室实际压力与目标压力进行，采用pid算法计算以得到对应的第二电流输出值；

s133，对第一电流输出值、第二电流输出值之间的电流差值进行实时比较，当差值在预定误差范围之外时，第一电流输出值输出至电液伺服阀，否则第二电流输出值输出至电液伺服阀，以控制调压阀调节压力至目标值。

优选的是，回零功能模块c包括弯刀机构、半模机构、特种机构三种工况；

在弯刀机构的回零工况下，首先判断其迎角阶梯数是否为0，若为0，则判断模型已回到零位，否则判断进一步当前弯刀机构的控制方式为自动还是手动；若为自动则根据弯刀编码器反馈的当前角度打开第一换向阀控制模型回到零位；若为手动，则手动操作相应按钮打开第一换向阀控制模型回到零位。

在半模机构的回零工况下，首先判断模型阶梯数是否为0，若为0则判断模型已回到零位；否则根据半模编码器反馈的当前角度控制电机转动使模型回到零位。

优选的是，在主调压阀的关闭功能模块d以及引射调压阀的关闭功能模块e中进行安全关车调压阀关闭时，首先判断电液伺服阀阀芯位置是否小于预定值，若小于则控制器向电液伺服阀发送-2.5ma控制电流3秒，3秒后打开第二换向阀关闭调压阀并保持2秒，2秒后关闭第二换向阀；否则直接打开第二换向阀关闭调压阀2秒，2秒后关闭第二换向阀。

优选的是，所述紧急关车控制策略包括仅使用主调压阀的第一安全关车策略，其处理方法被配置为包括：

在进行安全关车时，若稳定段总压大于等于设定总压，则将通过主调压阀的压力调节功能模块a将稳定段总压调节至关车总压，否则稳定段当前总压，同时通过模型的回零功能模块c控制模型回到零位；待模型回到零位后，使用主调压阀的关闭功能模块d关闭主调压阀。

优选的是，所述紧急关车控制策略被配置为仅使用引射调压阀的第二安全关车策略，其处理方法被配置为包括：

在进行安全关车时，使用引射调压阀的压力调节功能模块b调节集气室压力至关车压力，通过模型的回零功能模块c控制模型回到零位；待模型回到零位后，使用引射调压阀的关闭功能模块e关闭引射调压阀。

优选的是，所述紧急关车控制策略被配置为同时使用引射调压阀和主调压阀的第三安全关车策略，其处理方法被配置为包括：

当进行安全关车时，若稳定段总压大于等于设定总压，使用主调压阀的压力调节功能模块a调节稳定段总压至关车总压，若稳定段总压小于设定总压，则保持稳定段当前总压；同时使用引射调压阀的压力调节功能模块b调节集气室压力至关车压力，使用模型的回零功能模块c控制模型回到零位；待模型回到零位后，同时使用主调压阀的关闭功能模块d和引射调压阀的关闭功能模块e关闭主调压阀和引射调压阀。

优选的是，所述紧急关车控制策略被配置为同时使用引射调压阀和主调压阀的第四安全关车策略，其处理方法被配置为包括：

当进行安全关车时，若稳定段总压大于等于设定总压，使用主调压阀的压力调节功能模块a调节稳定段总压至关车总压，若稳定段总压小于设定总压，则保持稳定段当前总压；同时使用引射调压阀的压力调节功能模块b调节集气室压力至关车压力，使用模型的回零功能模块c控制模型回到零位；待模型回到零位后，使用主调压阀的关闭功能模块d关闭主调压阀，待稳定段总压降至设定值时，使用引射调压阀的关闭功能模块e关闭引射调压阀。

优选的是，所述紧急关车控制策略被配置为同时使用引射调压阀和主调压阀的的第五安全关车策略，其处理方法被配置为包括：

当进行安全关车时，通过主调压阀的压力调节功能模块a调节稳定段总压至关车总压，同时使用引射调压阀的压力调节功能模块b调节集气室压力至关车压力，使用模型的回零功能模块c控制模型回到零位；待模型回到零位后，若稳定段总压小于80kpa，则使用主调压阀压力调节功能模块a调节稳定段总压至80kpa，并在总压达到80kpa后，同时使用主调压阀的关闭功能模块d和引射调压阀的关闭功能模块e关闭主调压阀和引射调压阀。

本发明至少包括以下有益效果：本发明和风洞运行安全关车控制方法涉及到的装置包括主调压阀，引射调压阀，弯刀机构，半模机构，控制器，电液伺服阀，换向阀，压力传感器，通过对风洞安全关车时涉及到的所有装置功能进行分析，分解形成各装置关车功能模块，包括主调压阀、引射调压阀的压力调节功能，弯刀机构、半模机构的模型回零功能，和主调压阀、引射调压阀的关闭功能。然后针对不同的试验运行工况，将各装置关车功能模块按照一定时序和判断条件进行组态，形成各工况下的紧急关车控制策略，主要针对半回流暂冲式亚跨超声速风洞复杂的试验运行工况，提供一种基于组态方式灵活、易于扩展的风洞运行安全关车控制方法，以具有更好的适应性。

本发明根据风洞不同的试验工况，安全关车时启用的调压阀及其压力调节控制时机、回零关车控制时机、关闭的调压阀及其控制时机不同，因此将安全关车功能模块a、b、c、d、e按照设计时序进行组合，组态形成对应工况的安全关车控制策略，目前设计包括了五种安全关车控制策略，而当进行新工况扩展时，可通过增加新的关车功能模块以及将各关车功能模块按照新的设计时序进行组合实现，以具有更好的扩展性和适应性，有效简化控制方法，以控制设备改进成本。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明中压力调节功能模块a的处理流程图；

图2为本发明中压力调节功能模块b的处理流程图；

图3为本发明中回零功能模块c的处理流程图；

图4为本发明中关闭功能模块d的处理流程图；

图5为本发明中关闭功能模块e的处理流程图；

图6为本发明中第一种安全关车控制策略的处理流程图；

图7为本发明中第二种安全关车控制策略的处理流程图；

图8为本发明中第三种安全关车控制策略的处理流程图；

图9为本发明中第四种安全关车控制策略的处理流程图；

图10为本发明中第五种安全关车控制策略的处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1示出了根据本发明的一种基于组态方式的风洞运行安全关车控制方法的实现形式，根据风洞运行安全关车中所涉及到装置的处理方式，将安全关车操作分解成与各装置对应的关车功能模块，包括：

主调压阀的压力调节功能模块a；

引射调压阀的压力调节功能模块b；

模型的回零功能模块c；

主调压阀的关闭功能模块d；

引射调压阀的关闭功能模块e；

其中，在不同的试验运行工况下，将与各装置相对应的关车功能模块按照相应时序和判断条件进行组态，形成与各工况对应的多个紧急关车控制策略，在这种方案中，根据调压阀压力调节功能、模型回零功能以及调压阀关闭功能，将安全关车功能模块细分为主调压阀压力调节功能模块a，引射调压阀压力调节功能模块b，模型回零功能模块c，主调压阀关闭功能模块d，引射调压阀关闭功能模块e，根据风洞不同的试验工况，安全关车时启用的调压阀及其压力调节控制时机、回零关车控制时机、关闭的调压阀及其控制时机不同，因此将安全关车功能模块a、b、c、d、e按照设计时序进行组合，组态形成对应工况的多个安全关车控制策略，而当进行新工况扩展时，可通过增加新的关车功能模块以及将各关车功能模块按照新的设计时序进行组合实现，以具有好的适应性。

在另一种实施例中，在压力调节功能模块a以及压力调节功能模块b中，其压力调节方式被配置为包括：

s10、将调压阀配置为液压驱动，通过控制器输出控制电流至电液伺服阀进行调压阀位置控制，调压阀通过不同位置调节气流流量，从而调节相应部段的压力，电液伺服阀实时反馈当前阀芯位置对应的电流信号(4—20ma)给控制器；

s11、控制器将实时接收的电流信号转换为当前的实时阀芯位置，其范围为-10—10，其中0表示阀芯在中位；

s12、在进行安全关车对调压阀进行压力调节时，首先判断电液伺服阀的实时阀芯位置绝对值是否大于预定值，若大于预定值s(s值可根据具体设备工况确定)，则不调节压力，保持阀位不变，若阀芯位置绝对值小于s，则判断集气室内的实际压力是否小于启动压力；

s13、若实际压力小于启动压力，则不调节压力，保持阀位不变，否则通过控制器向电液伺服阀输出控制电流，进而通过调压阀对集气室的压力进行调节；

在s13中，为了防止压力调节出现超调过大的情况，采用两种输出电流计算方法，一是采用计算函数根据循环周期计算输出电流，逐渐增加电流值，当计算电流值绝对值超出8ma时，输出电流绝对值为8ma，电流计算函数为：i＝±(cv×2+2)，其中i为计算输出电流值，cv为控制器启动计算循环次数，当前压力小于目标压力时电流输出值为正值，当前压力大于目标压力时电流输出值为负值。二是根据压力传感器反馈的实际压力与目标压力采用pid算法计算输出电流值。实时比较两种计算方法的电流差值，当差值在误差范围之外时，采用计算函数计算电流输出至电液伺服阀，当差值在误差范围之内时，采用pid算法计算电流输出至电液伺服阀，控制调压阀调节压力至目标值。主调压阀压力调节功能模块a原理图如图1所示，引射调压阀的压力调节功能模块b原理图如图2所示，在这种方案中，通过调压阀调节压力的处理流程进行设计，得其能适应后期不同的关车组态策略中，以具有更好的适应性和可扩展性。

在另一种实施例中，模型的回零功能模块c原理图如图3所示，进行安全关车模型回零时，有三种工况，其中弯刀机构采用液压驱动，半模机构采用电机驱动、特种机构仅进行回零信号监测不进行回零控制，即回零功能模块c包括弯刀机构(全模机构)、半模机构、特种机构三种工况；

如果使用的是弯刀机构，首先判断模型迎角阶梯数是否为0，若为0，则判断模型已回到零位；若不为0，则判断当前弯刀机构控制方式为自动还是手动；若为自动，则根据弯刀编码器反馈的当前角度打开换向阀1控制模型回到零位；若为手动，则手动操作相应按钮打开换向阀1控制模型回到零位。

如果使用半模机构，首先判断模型阶梯数是否为0，若为0，则判断模型已回到零位；若不为0，则根据半模编码器反馈的当前角度控制电机转动使模型回到零位，在这种方案中，通过回零功能模块的处理流程进行设计，得其能适应后期不同的关车组态策略中，以具有更好的适应性和可扩展性。

在另一种实施例中，在主调压阀的关闭功能模块d以及引射调压阀的关闭功能模块e中进行安全关车调压阀关闭时，首先判断电液伺服阀阀芯位置是否小于预定值s，若小于s则控制器向电液伺服阀发送-2.5ma控制电流3秒，3秒后打开第二换向阀关闭调压阀并保持2秒，2秒后关闭第二换向阀；否则大于s则直接打开第二换向阀关闭调压阀2秒，2秒后关闭第二换向阀。主调压阀的关闭功能模块d原理图如图4所示，引射调压阀的关闭功能模块e原理图如图5所示，在这种方案中，通过各关闭功能模块的处理流程进行设计，得其能适应后期不同的关车组态策略中，以具有更好的适应性和可扩展性。

为了保证控制的精准性，根据装置的使用场景和位置对其型号进行区别优化，其中，控制器优选为西门子的s7-1500系列plc(cpu1516-3pn/dp)，其中电液伺服阀1优选型号为d662-xxxxp01hxnw6nex2g，电液伺服阀2优选型号为d661-xxxxp30hxbw6nex2g，换向阀1、21及22优选型号为-4weh16e6x/6eg24netz5l，压力传感器优选型号为mensorcpt6100系列。

当进行风洞安全关车时，首先需要进行调压阀压力调节，同时控制模型回到零位，当压力及模型到达设定值时，关闭调压阀。根据风洞不同的试验工况，安全关车时启用的调压阀及其压力调节控制时机、回零关车控制时机、关闭的调压阀及其控制时机不同，因此将安全关车功能模块a、b、c、d、e按照设计时序进行组合，组态形成对应工况的安全关车控制策略，目前共包括五种安全关车控制策略。当进行新工况扩展时，可通过增加新的关车功能模块以及将各关车功能模块按照新的设计时序进行组合实现。

安全关车控制策略1：如图6所示，试验过程中仅使用主调压阀，当进行安全关车时，若稳定段总压大于等于设定总压，使用主调压阀压力调节功能模块a将稳定段总压调节至关车总压，若稳定段总压小于设定总压，使用主调压阀压力调节功能模块a保持稳定段当前总压；同时使用模型回零功能模块c控制模型回到零位；待模型回到零位后，使用主调压阀关闭功能模块d关闭主调压阀。

安全关车控制策略2：如图7所示，试验过程中仅使用引射调压阀，当进行安全关车时，使用引射调压阀压力调节功能模块b调节集气室压力至关车压力，使用模型回零功能模块c控制模型回到零位；待模型回到零位后，使用引射调压阀关闭功能模块e关闭引射调压阀。

安全关车控制策略3：如图8所示，试验过程中同时使用主调压阀和引射调压阀，当进行安全关车时，若稳定段总压大于等于设定总压，使用主调压阀压力调节功能模块a调节稳定段总压至关车总压，若稳定段总压小于设定总压，使用主调压阀压力调节功能模块a保持稳定段当前总压；同时使用引射调压阀压力调节功能模块b调节集气室压力至关车压力，使用模型回零功能模块c控制模型回到零位；待模型回到零位后，同时使用主调压阀关闭功能模块d和引射调压阀关闭功能模块e关闭主调压阀和引射调压阀。

安全关车控制策略4：如图9所示，试验过程中同时使用主调压阀和引射调压阀，当进行安全关车时，若稳定段总压大于等于设定总压，使用主调压阀压力调节功能模块a调节稳定段总压至关车总压，若稳定段总压小于设定总压，使用主调压阀压力调节功能模块a保持稳定段当前总压；同时使用引射调压阀压力调节功能模块b调节集气室压力至关车压力，使用模型回零功能模块c控制模型回到零位；待模型回到零位后，使用主调压阀关闭功能模块d关闭主调压阀，待稳定段总压降至设定值时，使用引射调压阀关闭功能模块e关闭引射调压阀。

安全关车控制策略5：如图10所示，试验过程中同时使用主调压阀和引射调压阀，当进行安全关车时，使用主调压阀压力调节功能模块a调节稳定段总压至关车总压，同时使用引射调压阀压力调节功能模块b调节集气室压力至关车压力，使用模型回零功能模块c控制模型回到零位；待模型回到零位后，若稳定段总压小于80kpa，则使用主调压阀压力调节功能模块a调节稳定段总压至80kpa，当稳定段总压达到80kpa后，同时使用主调压阀关闭功能模块d和引射调压阀关闭功能模块e关闭主调压阀和引射调压阀。

以上方案只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。