某风洞试验变角度机构位姿控制系统研制

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直升机是海上军事力量的重要部分,由于其反应迅速,起降灵活且不需要专门的起降平台,特别适合在低空中进行一些军事任务如侦查、反潜、搜救等。目前直升机可以在一些工况上稳定起降和飞行,但是在一些复杂情况下,还需要进行不断的试验,以此探索复杂情况下的起降飞行技术,而试验最好的方法就是通过风洞模拟海上飞行环境,让模型以不同姿态在多种不同的环境中飞行,测得实际流场数据,分析直升机的性能,设计出合适的飞行技术。控制试验模型位姿的装置就显得较为关键。根据某部要求,研制一套风洞试验变角度位姿操控系统。并且要求控制精确,性能优越。根据课题任务,分析该装置所需实现功能以及技术要求,设计出风洞试验变角度机构位姿控制系统的机械机构,选择了合适的控制方法,确定了基于嵌入式PC的控制器作为主控,其他执行机构选择伺服电机;其中单电机通过三闭环串级PID调节控制,双电机组合在此基础上,加入插补,整体机构采用机器人运动学建模控制,通过系统的各机构运动实现试验模型的侧滑角,迎角和滚转角以及空间中X,Y,Z的位置;已完成如下工作。(1)建立每个关节坐标系,得到装置的DH参数,通过DH参数和MATLAB建立风洞试验变角度机构位姿控制系统的模型,并对整个机构进行正逆向运动学建模和验证,利用蒙特卡罗法对装置末端工作空间进行仿真。(2)通过系统的分析和论证,设计了风洞试验变角度机构位姿控制系统的控制方案,确定系统控制由上位机和下位机以及两者通讯组成,根据要求对关键器件选型,设计了整体电路,研制了电气控制柜。(3)确定了系统的软件设计思路,系统下位机由两个控制器组成,开发平台为Twin CAT,编程语言选择ST编程语言;上位机开发为Labwindows/CVI,开发语言为ANSI C,通讯分为控制器和伺服机构通讯,以及控制器和上位机通讯,前者通讯采用Ether CAT通讯,后者采用ADS通讯协议。介绍两种通讯协议的通讯方式和原理,完成对上位机和下位机软件功能模块的设计。(4)完成试验调试内容,对现场连接进行检查,配置参数,对上位机和下位机的软件进行调试。测量了单个机构的精度以及Z向的精度,最后描述风洞试验内容。
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