一种多自由度试验机构联动频率相位同步控制方法与流程

本发明涉及的是空气动力实验领域，尤其是一种多自由度试验机构联动频率相位同步控制方法。

背景技术：

先进飞行器在高机动、高敏捷飞行时，其气动力数据呈现较强的非线性动态特性和多自由度耦合特性，为准确掌握其动态特性和耦合机理，开展基于飞行器快速拉起、俯仰振动以及强迫滚转等多自由度的地面动态气动力模拟试验，就需要在风洞中建立一种动态多自由度的联动试验机构。

该型试验机构不仅需具备飞行器俯仰角的快速拉起、俯仰角的大振幅振动以及滚转角的强迫运动，还需具备俯仰角快速拉起和大振幅振动与强迫滚转的联动频率相位同步控制功能，由于大振幅振动的大惯量和高频率、快速拉起的快速性和大载荷以及与强迫滚转的相位频率同步控制等特殊要求，机构的联动频率相位同步控制方法需兼顾工程适应性的要求和较高的控制精度，为满足该型多自由度试验装置的联动频率相位的控制需求，我们开展了基于试验流程和正弦曲线解算的同步控制技术研究工作，研究工作主要包括同步控制主从轴和流程的确定，从轴启动的等待时刻以及主从轴的同步控制误差等。

技术实现要素：

本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种多自由度试验机构联动频率相位同步控制方法的技术方案，该方案采用主从轴按各自设定的参数进行正弦曲线运动，不会引起主从轴的累积控制误差，只需解算出从轴的启动等待时间即可；等待时间解算工程适应性强，且可根据等待时间实现相位的同步控制；同步运行参数(频率、幅值及相位)可由用户自行设定，具有同步算法高效简洁、工程适应性强及同步误差小的显著特点，特别适应于在风洞进行动态多自由度试验时多自由度试验装置的联动频率相位同步控制，亦可推广至工业领域多自由度装置的同步控制。

本方案是通过如下技术措施来实现的：

一种多自由度试验机构联动频率相位同步控制方法，该试验机构至少含两自由度支撑机构，且为电机伺服系统，控制平台应为多轴运动控制器，伺服周期需小于等于1ms，其特征是：包括有以下控制步骤：

a.在同步控制之前，进行从轴准备程序，若从轴未回零，启动从轴回零程序；

b.选择同步工作模式，在同步工作模式下，选择第一主轴或第二主轴作为主轴，按同步工作模式下主轴参数启动，待主轴正常稳定运行后，发出同步控制命令；

c.根据主轴运行轨迹，通过正弦曲线解算出当前时刻的时间curr_t,由主轴当前时刻所在的象限和从轴同步相位θ₂，进一步推导出从轴同步启动的时间t_wait；

d.待t_wait时刻后，从轴根据同步工作模式下从轴参数启动实现相位同步；

e.同步控制结束后，依次停止主从轴。

作为本方案的优选：步骤c中，主轴当前时刻的时间计算以主轴最近一次正向穿越零点的时刻算起，即正弦曲线相位为零时。

作为本方案的优选：步骤c中，通过主轴相对零点运行的位移和速度来判断所在象限。

作为本方案的优选：第一主轴为快速拉起机构；所述第二主轴为俯仰振动机构；所述从轴为强迫滚转机构。

本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案采用主从轴按各自设定的参数进行正弦曲线运动，不会引起主从轴的累积控制误差，只需解算出从轴的启动等待时间即可；等待时间解算工程适应性强，且可根据等待时间实现相位的同步控制；同步运行参数(频率、幅值及相位)可由用户自行设定，具有同步算法高效简洁、工程适应性强及同步误差小的显著特点，特别适应于在风洞进行动态多自由度试验时多自由度试验装置的联动频率相位同步控制，亦可推广至工业领域多自由度装置的同步控制。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

图1为本发明的控制流程示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例：

通过本实施例，我们可以实现快速拉起机构(第一主轴)和俯仰振动机构(第二主轴)与强迫滚转机构(从轴)的相位、频率同步控制，具体操作过程包括下列步骤：

a、多自由度试验装置由快速拉起机构(第一主轴)、俯仰振动机构(第二主轴)及强迫滚转机构(从轴)组成，均采用电机伺服系统，控制平台为一多轴控制器，系统伺服周期小于等于1ms；

b、判断从轴准备就绪情况，若从轴未回零，启动从轴回零程序；

c、选择同步工作模式，即主从轴频率、幅值及相位同步情况，主轴频率、幅值及相位分别由f₁、A₁、θ₁表示，从轴频率、幅值及相位分别由f₂、A₂、θ₂表示；

d、在同步工作模式下，选择第一主轴或第二主轴作为主轴，按同步工作模式下主轴参数f₁、A₁、θ₁启动主轴，运行曲线表示为：y₁＝A₁sin(2πf₁t₁+θ₁)，待主轴正常稳定运行后，发出同步控制命令；

e、根据主轴运行轨迹，通过正弦曲线，令θ₁＝0，由curr_t＝arcsin(y₁/A₁)/2πf₁解算出当前时刻的时间curr_t,由主轴当前时刻的位移y₁和速度vel_1判断当前时刻所在的象限，判则如下：

y₁≥0，vel_1≥0curr_t＝curr_t

y₁＜0，vel_1＜0curr_t＝T₁-ABS(curr_t)

假定从轴同步相位θ₂＝0°，进一步推导出从轴同步启动的时间t_wait＝T₁-curr_t；

f、待t_wait时刻后，从轴根据同步工作模式下从轴参数f₂、A₂、θ₂启动，运行曲线表示为：y₂＝A₂sin(2πf₂t_wait+θ₂)，实现相位同步；

g、同步控制结束后，依次停止主从轴。

在上述方案中，所述的主轴和从轴相位均为零，及相位同步，也可以根据试验要求，相位相差以及其他角度。

本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式组合。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。