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1、TPS专用控制系统调试总结报告（共9 页）编写年 月 日校对年 月 日 审核年 月 日批准年 月 日哈尔滨工程大学科技园发展有限公司引言 在喷气发动机的动力模拟风洞实验中，发动机动力模拟器是一个重要的实验设备，国外目前大多数使用涡轮动力模拟器（Turbine powered simulator简称TPS）进行飞机模型的带动力实验。进行1079A型TPS是用压缩空气驱动两级涡轮带动同轴的两极风扇，压缩空气和风扇由自由流吸进的空气分别流过TPS的内、外涵道，在由尾喷管排出。1079A型TPS全部采用防腐材料，并配有轴承热点偶和磁性速度传感器。1079A型TPS典型的工作点是外涵出口落压比为1.65
2、，转速为70500r/min，外涵气流流量为0.92kg/s，对应的涡轮驱动空气要求是：入口压力为2.3Mpa，在60(15C)时流量为0.54kg/s。在TPS专用测控系统完成之后，进行了调试。本报告对该系统在TPS实验中的调试作具体的分析总结。1 TPS供气系统由于TPS的高速旋转需要以高压气体作为动力，因此在进行测控系统调试之前，有必要介绍FL-8风洞的高压供气系统。TPS供气系统主要由以下几部分组成：a. 压缩空气：TPS的压缩空气气源由FL-8风洞的11个气瓶提供，供气压力可以达到6.4Mpa。 b. 稳压罐阀门和闸阀：都是管路上的截止阀，在实验时可以根据所需流量的大小对阀门作适当的
3、开关调整。c. 电动调压阀：可以自动调节TPS压缩空气压力的大小，使压力符合实验的要求。d. 过滤器：TPS涡轮工作转速很高，一般可以达到4000050000转/分，因此要求驱动气体一定要干净，限定最大颗粒尺寸，以免损坏涡轮，因此必须有专用过滤器。e. 加热器：在TPS实验中，都采用冷的压缩空气源作为驱动压力，当高压空气在TPS涡轮处膨胀时，温度降低，可能在短舱部分和涡轮叶片处形成结冰，改变TPS构件的几何尺寸和形状，给出不正确的实验结果，也可能阻塞测压孔通路。为避免上述现象的发生，除对压缩空气的含水量进行控制外，还应对冷的压缩空气进行加热。f. 数字调压阀：精确调节TPS进气流量，提供稳定的
4、工作压力。下图是TPS供气系统的流程图：（箭头所指为气体流动方向）电动调压阀闸阀稳压罐阀门压缩空气流量计安全阀过滤器加热器TPS数字调压阀2 TPS实验时整个测控系统的组成情况TPS实验时测控系统由三部分组成：a. 压力控制节点；b. 加热器温度控制节点；c. TPS专用控制系统（哈尔滨工程大学科技园制作）。TPS专用测控系统在完成后可以同FL-8号风洞的压力控制、加热器控制协调一致共同完成TPS实验任务，实验时以上三个部分并行工作，相互之间可以通过网络进行通信。下面是在做TPS实验时系统的各个组成部分及框图： a交流伺服电机PCI-8164 网关 PCINI-6024E温度、压力强电控制、限
5、位数字I/ObI/U 变换入口、出口温度单片机ADC0832 数码显示MAX7219加热器控制柜继电器驱动器c数字阀油泵继电器组PCI-6503 PCI 入口、出口温度PCI-4351转速速度/频率变换PCI-6602该系统以高速实时局域网作为中枢，由计算机、单片机组成分布式计算机控制系统，具有模块化、开放式的结构。从上面的系统结构图中可以了解到整个控制系统的各个组成部分。(1) 压力控制节点：压力控制节点是TPS实验系统中比较重要的一个节点，是保证TPS正常运转的前提条件。该节点采用工控机作为主控机，通过NI公司的6024E数据采集板对温度、压力、位移等信号进行采集。该板卡同时具有数字量输入
6、输出功能，可以控制闸阀等一些截止阀。对调压阀的控制采用的是凌华PCI-8164四轴电机驱动卡，采用位控的方式对松下伺服电机进行控制。该节点在实时调节压力的同时，将温度、压力、位移等参数通过高速局域网传送到主控机，同时接受主控机发送的命令。(2) 加热器控制节点：采用以89C2051单片机，该单片机具有2K字节的闪存和128个字节的数据存储器，8个I/O口和一个全双工串口。对温度的采集采用ADC0832芯片，该芯片是双通道8位串行A/D,可以对加热器入口温度和出口温度进行采集并实时显示出来，采集到的温度通过串口送到主控机。加热器控制柜的控制主要是强电的控制，利用89C2051的I/O端口，采用继
7、电器进行隔离，驱动接触器对加热器进行控制。(3) TPS专用测控系统：TPS专用测控系统是TPS自动控制系统的中枢，在进行转速控制前向各个节点发送命令，各节点工作状态稳定后再进行转速的控制。它包括以下几部分： a. 数字阀控制、润滑控制、外部急停、油泵：采用NI公司PCI-6503数字量I/O板进行控制。数字调压阀由12个气电式阀门组成。其中前8个气电阀各为独立的一组，9、10为一组，9、10、11、12为一组，每一个阀门对应PCI-6503的一路I/O控制。b温度控制和采集：TPS温度采集采用的是NI公司的PCI-4351采集板，该采集板具体指标如下：16通道差分输入，24位分辨率，15V输
8、入范围，对热电偶温度采集精度为0.42，对热敏电阻温度采集精度是0.03。 当TPS转速较高时，需要监视两个轴承的前后温度，当温度超出设定的范围后，需要立刻停车。c转速控制和采集：TPS转速控制和采集采用的是NI公司的PCI-6602计数器/定时器卡，该卡具有8个32位定时器/计数器，最大计数频率为80MHz。转速控制有自动和手动加自动两种方式。TPS在其余节点状态稳定后，首先开启润滑系统、设定转速，转速的设定有两种方法：一种是自动，一种是手动加自动，设定转速后TPS开始运行，运行过程中可以实时改变需要稳定的转速。3 典型的控制方案3.1 稳定压力的控制方案 在压力稳定节点中，由计算机、采集板
9、、压力传感器、电机驱动卡构成了典型的闭环控制系统。在实验时首先根据高压气瓶的压力、需要稳定的压力值查表计算调压阀阀门的开度，这样一般与所需要稳定的压力误差在0.1Mpa左右，然后调压阀在这一位置上可以进行细调，直到压力满足要求。这种方法的优点是调节时间较短，精度上也能满足要求。3.2 TPS专用测控系统中稳定转速的控制方案稳定转速工程大学科技园采用的是典型的PID控制方案。具体控制参数由该公司通过仿真得到，在调试中进行实际的修改。4 TPS测控系统的软件 上面介绍了TPS测控系统中的各组成部分，软件由于各个部分都不相同，限于篇幅本报告主要介绍TPS专用测控系统的软件情况。4.1 软件平台TPS
10、主控软件采用的NI公司的LABVIEW5.0编制的，因此使用该公司的软件能够与硬件做到完美结合，从兼容性来说可以做到最好。另外，LABVIEW有以下功能： a. VI的交互式用户接口因为与真实物理仪器面板相似，前面板可以包含旋钮、刻度盘、开关、图表和其它界面工具，允许用户通过键盘或鼠标获取数据并显示结果。 b. VI从数据流框图接受指令。c. VI模块化特性。G语言最佳的实现了模块化编程思想。4.2 TPS主控软件介绍a. TPS具有两个速度传感器A、B，程序运行后，选择其中一个，下面的是速度设定栏，可以选择手动设定或者键盘设定。中间的大表盘显示的是反馈回来TPS转速。 b. 当上述参数设定完
11、成后，按下START RUN按钮，数字阀电源灯亮，TPS润滑系统开始工作，转速开始逐渐加大，直到达到设定值。c. 温度系统在转速逐渐增大后，温度逐渐升高，但始终在温度限制范围内。 d. TPS运行过程中，可以选择查看速度曲线或温度曲线。界面如下：e. 下图是TPS系统参数的设定图示：上述的参数一般时候不需要改动。最下面的是10位数字阀的开关显示。当实验结束后，可以打印报表数据。5 调试结论： 调试内容：测量种类给定转速（Rpm）实测转速（Rpm）误差（Rpm）结论转速100009780-9820200符合技术要求 2000019840-198002004000039810-3986020060
12、00049840-498002007100070300-70500接近最高转速温度固定转速(Rpm) 前轴温度后轴温度在一定的转速情况下，所测得的温度基本符合理论温度。45000140 F78 F63000 120 F 70 F油泵供油方式状态控制满足要求连续完好开间歇完好开数字调节阀数字调节阀电磁阀状态开状态关电磁阀状态良好，开关迅速，满足需要。1开关2开关3开关4开关5开关6开关7开关8开关安全保障超温度超转速无润滑结论91 F72000不能启动符合提出要求 150 F自动停车自动停车 发现问题：1）. 试车过程中发现TPS转速较低时，转速波动很大，这主要与TPS控制参数有关，通过以后的实验可以逐渐摸索出这些控制参数，从而提高转速的控制精度。2）. 试车过程中，发现TPS速度传感器在TPS零转速时有输出，说明转速测量通道有干扰，需要采取一些抗干扰措施，比如：屏蔽技术、接地等。3）试车过程中，发现温度传感器有一路没有输出。通过检查发现可能是TPS内部线路断路引起。4）. 试车过程中，发现数字调节阀工作状态不稳，原因是入口的压力不稳，导致数字调节阀状态发生跳变。数字调节阀的状态是否稳定直接影响TPS的转速。因此可以在数字阀入口处安装一个调压装置，保持入口压力的稳定。结论：该TPS测控系统在整个实验过程中安全可靠，可以满足实验要求。8
