基于FlexTest加載控制系統(tǒng)的外接式位移傳感器實(shí)時(shí)控制加載技術(shù)

摘 要： 近兩年隨著結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)中對(duì)試驗(yàn)件加載要求的提高，尤其是對(duì)某些特殊考核部位和對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中試件的加載，在考慮到其加載變形和自身運(yùn)動(dòng)的情況下單純的用力控和位控作動(dòng)筒達(dá)不到加載要求，為了解決該類問題，提出基于FlexTest 加載控制系統(tǒng)的外接式位移傳感器實(shí)時(shí)控制加載技術(shù)。通過模擬試驗(yàn)的驗(yàn)證，能夠滿足結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)的要求，并在結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)中成功運(yùn)用，為以后類似的試驗(yàn)提供參考及借鑒。

關(guān)鍵詞： 位移傳感器； 控制回路； 作動(dòng)筒； 加載控制； 控制通道

中圖分類號(hào)： TN06?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2013）15?0102?03

0 引 言

在飛機(jī)結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)中為滿足對(duì)試驗(yàn)件加載的要求，尤其是對(duì)某些特殊考核部位和對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中試件的加載，單純的用力控或者位控作動(dòng)筒達(dá)不到加載要求，提出基于FlexTest 加載控制系統(tǒng)的外接式位移傳感器實(shí)時(shí)控制加載技術(shù)，即將外接位移傳感器的輸出信號(hào)接入到控制系統(tǒng)，參與試驗(yàn)控制加載，達(dá)到對(duì)考核部位的控制加載要求。以下分兩個(gè)不同的具體的試驗(yàn)情況來(lái)闡述該控制加載技術(shù)。

1 外接式位移傳感器差動(dòng)實(shí)時(shí)控制加載技術(shù)

大型飛機(jī)結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)中，飛機(jī)機(jī)翼需要同時(shí)施加垂向載荷、航向載荷。這兩個(gè)載荷在各自的加載方向上必然產(chǎn)生變形，由于大型飛機(jī)的機(jī)翼是細(xì)長(zhǎng)的梁式結(jié)構(gòu)，垂向載荷產(chǎn)生的變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于航向載荷產(chǎn)生的變形，因此在加載時(shí)會(huì)影響航向載荷施加的準(zhǔn)確性。為了保證試驗(yàn)實(shí)施加載的準(zhǔn)確性，提出機(jī)翼航向點(diǎn)載荷隨動(dòng)加載方法，即外接式位移傳感器差動(dòng)實(shí)時(shí)控制技術(shù)。運(yùn)用1個(gè)力控作動(dòng)筒和1個(gè)位控作動(dòng)筒，以及兩個(gè)不同的控制回路對(duì)航向加載點(diǎn)進(jìn)行隨動(dòng)加載，滿足該加載點(diǎn)的加載載荷及加載方向的加載要求。首先進(jìn)行了模擬驗(yàn)證試驗(yàn)，力控作動(dòng)筒1及其配置的載荷傳感器構(gòu)成的控制回路確保機(jī)翼航向載荷大小的施加；位控作動(dòng)筒2通過安裝在機(jī)翼航向加載點(diǎn)固定的位移傳感器1和安裝在兩個(gè)力控作動(dòng)筒連接處的位移傳感器2構(gòu)成的控制回路確保航向載荷的加載方向。試驗(yàn)過程中由于其他垂向加載點(diǎn)的加載而使機(jī)翼垂向產(chǎn)生變形，此時(shí)位移傳感器1和位移傳感器2就會(huì)產(chǎn)生不同的位移輸出，將兩個(gè)位移傳感器的輸出信號(hào)接入到加法器運(yùn)算，運(yùn)算后輸出電壓信號(hào)給控制通道，根據(jù)命令和反饋的誤差控制位控作動(dòng)筒2動(dòng)作。這樣就實(shí)現(xiàn)了機(jī)翼航向載荷基于機(jī)翼垂向變形的隨動(dòng)加載，保證了機(jī)翼航向載荷的方向的隨動(dòng)。圖1為模擬驗(yàn)證試驗(yàn)安裝，圖2為該控制回路原理圖。

該種外接式位移傳感器差動(dòng)實(shí)時(shí)控制加載技術(shù)成功解決了飛機(jī)結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)中載荷施加方向隨動(dòng)的問題，確保了機(jī)翼產(chǎn)生垂向變形情況下機(jī)翼航向載荷的準(zhǔn)確施加，并應(yīng)用于某型號(hào)結(jié)構(gòu)靜力中機(jī)翼航向點(diǎn)的加載。

2 外接式位移傳感器隨動(dòng)實(shí)時(shí)控制技術(shù)

某型號(hào)飛機(jī)掛飛投放系統(tǒng)可靠性試驗(yàn)中，掛飛投放系統(tǒng)在一定的飛行高度和速度下，掛飛投放機(jī)構(gòu)按一定次序收放，即掛飛投放樣機(jī)按一定的軌跡運(yùn)動(dòng)。投放機(jī)構(gòu)的收放動(dòng)作由設(shè)計(jì)方通過其控制操作面板控制，對(duì)投放樣機(jī)載荷的施加由試驗(yàn)方控制，要求試驗(yàn)加載控制與投放系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)保持同步。圖3為該投放樣機(jī)的加載示意圖，加載點(diǎn)在不同位置的載荷根據(jù)試驗(yàn)任務(wù)書計(jì)算得出。樣機(jī)在運(yùn)動(dòng)過程中不同時(shí)刻和位置的受載情況見表1。

運(yùn)用以往的固定式加載方法就不能準(zhǔn)確地反映樣機(jī)在投放過程中的受載情況，所以提出外接式位移傳感器隨動(dòng)實(shí)時(shí)控制技術(shù)，用以準(zhǔn)確反映樣機(jī)在投放過程中不同時(shí)刻和位置所受不同載荷的隨動(dòng)加載技術(shù)。在投放樣機(jī)的底部一側(cè)接入位移傳感器，利用位移傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立控制系統(tǒng)的連接，用位移傳感器的輸出反映投放樣機(jī)的運(yùn)動(dòng)位置；同時(shí)把位移傳感器的輸出信號(hào)引入控制系統(tǒng)作為位移反饋信號(hào)，通過控制系統(tǒng)根據(jù)位移傳感器的實(shí)時(shí)反饋?zhàn)詣?dòng)查表的形式對(duì)投放樣機(jī)進(jìn)行隨動(dòng)加載。圖4為位移傳感器與投放樣機(jī)的連接及其運(yùn)動(dòng)軌跡的示意圖，圖5為投放樣機(jī)2#加載點(diǎn)的SBC（Single Based Command）加載曲線，圖6為投放樣機(jī)3#加載點(diǎn)的SBC加載曲線。

該種外接式位移傳感器實(shí)時(shí)控制加載技術(shù)，將兩套獨(dú)立的控制系統(tǒng)連接起來(lái)，解決了對(duì)運(yùn)動(dòng)中試驗(yàn)件隨動(dòng)加載的問題。

3 結(jié) 語(yǔ)

外接式位移傳感器實(shí)時(shí)控制加載技術(shù)可以解決對(duì)機(jī)翼等變形部位的航向加載點(diǎn)的加載，對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)構(gòu)的加載等問題。另外，對(duì)于FlexTest控制系統(tǒng)需要完成以下幾個(gè)方面的工作：

（1） 位移傳感器與控制系統(tǒng)之間的信號(hào)轉(zhuǎn)換路徑必須重新設(shè)計(jì)、改造；輸入信號(hào)需要通過運(yùn)算放大器運(yùn)算后接入；同時(shí)還需要在控制系統(tǒng)的激勵(lì)輸出端接上合適的負(fù)載，有效保正控制通道的橋壓不失效，確保控制系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)；

（2）轉(zhuǎn)換電路中負(fù)載的大小對(duì)整個(gè)控制回路的影響可以通過調(diào)整控制系統(tǒng)的增益放大系數(shù)來(lái)解決；

（3）所用位移傳感器都需要進(jìn)行標(biāo)定，控制系統(tǒng)中其他控制參數(shù)需要以實(shí)標(biāo)的方式確定，以滿足加載要求和加載控制精度。

（4）試驗(yàn)中控制通道配置，事件動(dòng)作設(shè)置，以及載荷譜設(shè)置同正常的結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)的配置。

通過本次地面驗(yàn)證試驗(yàn)，驗(yàn)證了位控—力控模式轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)方式，通過現(xiàn)場(chǎng)觀察以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，可以看出模式轉(zhuǎn)換過程迅速，狀態(tài)平穩(wěn)，沖擊小。符合試驗(yàn)的要求，所得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)滿足結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)中的要求，并在結(jié)構(gòu)靜力試驗(yàn)中成功運(yùn)用，為以后類似的試驗(yàn)提供參考及借鑒。

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