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多点高速精密定位与姿态控制装置的研究

王浩然  
【摘要】:随着风洞实验技术的不断发展,越来越多的行业(如航空航天领域、汽车行业等)都运用这一技术来模拟实际的气动环境,以研究气体流动及其与模型的相互作用,从而获得飞行器、汽车等物体的空气动力学特性。 因飞行器、汽车等物体在飞行或运动过程中会处于不同的气动环境和运动姿态中,故需对上述物体的气动环境和运动姿态进行精确地模拟。本文基于风洞实验技术,研究并设计了一套多点高速精密定位与姿态控制装置,以自动控制被测物体在风洞实验中完成法向及俯仰两个方向上的运动,从而实现对飞行器或汽车等物体在实际应用中位置和姿态的准确模拟。论文的内容主要包括: (1)为模拟飞行器或汽车等物体在实际应用中的位置移动和姿态变化,本文开发了一套能够同时实现被测物体定点高速精密定位与运动姿态控制的装置。运用Pro/E参数化建模技术和Pro/E机构仿真功能分别对该多点高速精密定位与姿态控制装置进行三维几何建模和可行性分析;根据初步设计的模型,对内部零部件进行分析与设计,最终确定加工件的实际尺寸和电气元件的具体型号。 (2)采用多轴运动控制卡及多功能伺服驱动器,搭建PC+NC型上下位机式并行双CPU的控制系统;考虑风洞实验的方便性、安全性及可靠性,研究设计多点高速精密定位与姿态控制装置的电气控制系统;利用VB6.0和SPiiPlus ACSPL+,设计开发出系统控制软件。 (3)运用自行编制的控制软件以及精度为1μm的电感测微仪对该装置的直线定位精度、回零精度、姿态控制精度以及线位移运动速度进行测试,测试结果表明,直线运动位移精度可达3.7μm,回零精度可达4.08μm,姿态控制精度可达1",线位移运动速度最少可达10.786mm/s。 本文研究开发的多点高速精密定位与姿态控制装置,实现了在亚跨声速乃至超声速风洞实验条件下对被测物体的定点高速精密定位与运动姿态的精确控制。另外,该快速精密定位与姿态控制方法,为其他多点高速精密定位与姿态控制装置的设计提供了比较系统的理论参考和技术参考。


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