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《吉林大学》 2004年
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汽车风洞稳风速控制系统研究

吴允柱  
【摘要】:当今世界,汽车空气动力特性已成为评价汽车造型优劣的重要依据,也是汽车在激烈的市场竞争中能否取胜的重要条件[1]。汽车风洞是进行汽车空气动力学研究的主要试验设备。要把本项研究的汽车风洞建成世界一流的风洞,关键在于测量与控制系统的设计。风洞稳风速控制系统是整个风洞测控系统的核心。它是一个大滞后、非线性的复杂系统,难以建立起精确的数学模型。设计具有良好的动态和稳态性能的风洞稳风速控制系统对提高汽车风洞试验的精度非常重要。 本项研究的目的是:通过对国内外汽车风洞测控系统现状的研究,结合我国首座汽车风洞的建设提出风洞测控系统整体方案。通过对风洞稳风速控制系统研究,提出一个解决大滞后非线性复杂系统的控制方案。 风洞测控系统是风洞的核心部分。它包括测量系统和控制系统。测量系统是风洞试验得以进行的执行部分,而控制系统则是保证风洞试验能够自动、顺利、安全进行的必要条件。良好的风洞测控系统总体设计,可使风洞达到测量控制的自动化,提高风洞测量精度,减少风洞测量过程中人为因素造成的误差。完善的测控系统还能提高风洞的运转效率,降低风洞的运转成本。为把本项研究的风洞建成具有世界一流水平的汽车风洞,在对当前国内外汽车风洞测控系统现状广泛调研的基础上,提出基于PC机的分布式网络化测控系统方案,并给出构建完善的风洞测控系统三阶段实施的计划。 风洞稳风速控制系统主要由风洞稳转速控制系统和风洞稳速压控制系统构成。为保证风洞试验精度,试验段气流必须保持均匀稳定。风洞稳风速控制系统的控制对象正是试验段气流,控制目标是使试验段内风速稳态精度高,动态响应快,抗干扰能力强。 国内部分风洞建设初期,普遍采用稳转速控制系统。由于空气动力试验所需要稳定的参数并不是电机的转速,而是风洞试验段的风速。电机转速稳定的条件下,试验模型姿态变化、风道的堵塞比变化都将引起试验段风速的 WP=66 改变。当大气压力、温度发生变化时,试验段风速也将发生变化。姿态角由小到大,阻塞比增加,能量损失也增加,要保持风速“不变”,就必须使电机升速,增大风扇驱动电机的输出功率,反之亦然。过去,风洞操作人员必须通过改变电动机转速的给定值,使电机转速增加或者减少,以保持试验段风速不变。这种操作实际上是一种开环控制,由于洞体及系统的惯性等原因,操作很费时,误差也很大[2]。针对这种情况,提出三闭环反馈控制方案——在稳转速控制系统采用电机转速和电流双闭环反馈控制的基础上增加稳速压反馈控制环节。 针对风洞稳风速控制系统是一个大滞后、非线性的复杂系统,难以建立起精确的数学模型的问题,根据对国内外风洞稳风速控制系统各种控制原理的分析,提出基于Fuzzy-PID控制的稳速压反馈控制环节。稳速压控制器采用Fuzzy-PID(模糊PID)调节器,即系统在大偏差时采用基于专家经验的模糊控制,在小偏差时才投入PID调节。应用LabVIEW软件对Fuzzy-PID调节器和采用传统PID调节器的两种控制方案进行的仿真对比表明:采用Fuzzy-PID调节器的控制方案可以使风速快速达到设定值,同时在稳态时具有较高的精度,实现了大滞后风速参数的高精度控制。 本项研究的主要研究工具是LabVIEW软件和Fuzzy-PID控制理论。LabVIEW是一个划时代的图形化编程语言(被称为G语言)。它提供了一种全新的程序编写方法,即对称之为“虚拟仪器”的软件对象进行图形化的组合操作。用户只需将各个图标连在一起创建各种流程图表,即可完成虚拟仪器程序的开发,而这也正好符合工程师和科学家们的原始设计理念。利用图形化编程,在保持系统的功能与灵活性的同时,大大加快了系统的开发速度。Fuzzy-PID控制将模糊控制和PID控制两者结合起来,扬长避短,它既具有模糊控制灵活且适应能力强的优点,又具有PID控制精度高的特点。这种复合型控制器,对复杂控制系统和高精度伺服系统具有良好的控制效果。 最后,本文对今后汽车风洞测控技术的发展进行了展望,还对基于Fuzzy-PID控制的风洞稳风速控制系统的进一步优化改进提出了新的见解。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:U463

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【共引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【同被引文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前8条
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【相似文献】
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7 通讯员 黄艾娇 记者 王春;首个地面交通工具风洞中心开建[N];科技日报;2005年
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前5条
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