【正文】 計(jì)過程。第五章是是現(xiàn)場調(diào)試，介紹了實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行現(xiàn)場系統(tǒng)調(diào)試時(shí)的，不斷完善系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)性能。第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本章主要說明飛機(jī)機(jī)輪徑側(cè)向壓力自動(dòng)檢測系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)，控制要求和技術(shù)要求，系統(tǒng)方案的選擇和論證。 系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)說明飛機(jī)機(jī)輪徑側(cè)向自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)裝置的原理是[10]：將輪胎安裝在夾具上并且固定，在輪胎的徑向（垂直方向）和側(cè)向（水平方向）兩個(gè)方向分別施加一定的載荷并保持一定時(shí)間，觀察飛機(jī)輪胎輪軸和輪緣的變形量（即位移量），通過所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用于分析機(jī)輪的徑側(cè)向靜態(tài)力學(xué)性能，并根據(jù)這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估和改進(jìn)機(jī)輪的徑側(cè)向靜態(tài)力學(xué)性能。徑向載荷：飛機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，軸承主要承受靜止載荷。飛機(jī)重力產(chǎn)生的停機(jī)載荷通過軸承的滾棒傳遞給輪轂；在地面滑行時(shí)，主要也承受垂直徑向載荷，由于地面的不絕對(duì)平整，飛機(jī)的上下震動(dòng)的幅度將使垂直徑向載荷大于飛機(jī)的重力。 側(cè)向載荷：如果飛機(jī)帶側(cè)滑接地(如側(cè)風(fēng)較大的時(shí)候)，機(jī)輪將受到側(cè)向載荷。另外，飛機(jī)地面轉(zhuǎn)彎過程中方向舵與副翼配合不好等產(chǎn)生的側(cè)滑。：1徑向油泵；2徑向電機(jī)；3側(cè)向油泵；4側(cè)向電機(jī)；5徑向比例溢流閥；6側(cè)向比例溢流閥；7徑向油缸；8叉子；9被測輪；10工作臺(tái)；11側(cè)向油缸；圖21 徑側(cè)向自動(dòng)化試驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)圖整個(gè)試驗(yàn)臺(tái)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)由徑向、側(cè)向兩個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成。徑(側(cè))向工作臺(tái)置于滾軸上，摩擦力忽略不計(jì)，徑(側(cè))向電機(jī)啟動(dòng)后帶動(dòng)徑(側(cè))向油泵工作，其油缸的伸縮由換向閥控制。加壓指令下達(dá)后，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)把施加在被測輪上的載荷值按標(biāo)度轉(zhuǎn)化后分別送給徑(側(cè))向比例溢流閥，從而控制比例溢流閥的開度，同時(shí)比例溢流閥的開度還能控制徑側(cè)向加壓機(jī)構(gòu)伸出與回程的速率。反饋壓力值通過壓力傳感器反饋給計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，從而計(jì)算實(shí)時(shí)控制的誤差，并顯示在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面上[11]，同時(shí)也顯示在與其連接的各壓力顯示儀表上。根據(jù)壓力反饋值與壓力設(shè)定值的大小實(shí)時(shí)控制比例溢 流閥的開度大小。同時(shí)試驗(yàn)臺(tái)還需完成不同型號(hào)機(jī)輪的破壞性試驗(yàn)，根據(jù)不同型號(hào)機(jī)輪所對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的極限破壞條件，試驗(yàn)臺(tái)在加壓控制上通過對(duì)徑向單獨(dú)的加載，實(shí)際所加載壓力必須超過極限破壞試驗(yàn)的設(shè)定值，同時(shí)為了保護(hù)機(jī)輪不因過大的超調(diào)而超過一定的余量使機(jī)輪損壞，比例溢流閥根據(jù)控制指令立即釋放壓力，徑向電機(jī)帶動(dòng)加壓機(jī)構(gòu)迅速回程，以結(jié)束破壞性試驗(yàn)。同時(shí)在試驗(yàn)結(jié)果中給出末段最大加載壓力值，以判斷破壞性的成功與否。 位移測量在加壓過程中每級(jí)加壓保持的時(shí)候把數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)[12]，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)給出整體十段的輪緣的變形量，位移傳感器負(fù)責(zé)位移量的測量，并在上位機(jī)中對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后得出最 終的結(jié)果。根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)原理和系統(tǒng)要求，可將測試臺(tái)分為兩個(gè)大部分：為實(shí)驗(yàn)提供測試所需的徑向、側(cè)向載荷?？刂圃撘簤合到y(tǒng)的按照動(dòng)作程序動(dòng)作；根據(jù)控制要求控制液壓系統(tǒng)載荷輸出大小。 系統(tǒng)控制要求 由于不同于普通輪胎的靜態(tài)力學(xué)性能壓力測試，其壓力試驗(yàn)臺(tái)的控制要求也比一般壓力試驗(yàn)臺(tái)有更嚴(yán)格控制要求及更復(fù)雜的控制過程，其具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：、500kN，每級(jí)按設(shè)定值10％增量施加；、側(cè)兩個(gè)方向分時(shí)加載，每級(jí)加載時(shí)間為10秒，且增加一級(jí)需停5秒（可任意調(diào)節(jié)）以便測量輪胎變形程度；，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面中顯示加載過程，并根據(jù)加壓情況給出報(bào)警和預(yù)報(bào)信息；，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)卸載功能，同時(shí)給出整體加壓曲線，給出試驗(yàn)結(jié)果；加載給定曲線如圖22所示：P/T徑向壓力側(cè)向壓力40徑向回程30K：可調(diào)斜率20側(cè)向回程等待時(shí)間5s1010s2030406050510152535457065555st/s0圖22 航空機(jī)輪徑側(cè)向載荷給定曲線圖，試驗(yàn)過程數(shù)據(jù)全部存儲(chǔ)，用于生成試驗(yàn)報(bào)表和報(bào)警記錄；，判斷加壓過程值是否超出破壞性試驗(yàn)設(shè)定值，如不滿足達(dá)到設(shè)定值，則試驗(yàn)判斷為失??；，按側(cè)向每級(jí)加載滿足時(shí)間落后于徑向5秒開始，最終試驗(yàn)完成階段，徑側(cè)向同時(shí)回程； 徑側(cè)向自動(dòng)化臺(tái)的總體設(shè)計(jì)方案工業(yè)控制系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為核心來控制生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制系統(tǒng)。當(dāng)今的工業(yè)控制系統(tǒng)按照使用設(shè)備的不同可以分為以下幾大類。這種控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于單件機(jī)構(gòu)的控制中，如家用電器、電機(jī)伺服、變頻調(diào)速等機(jī)電產(chǎn)品中，在工業(yè)控制領(lǐng)域一般適用于小規(guī)模的工業(yè)控制系統(tǒng)，或者擔(dān)當(dāng)大系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)。(Industrial Personal Computer，以下簡稱工控機(jī))PC總線工業(yè)控制機(jī)主要用于工業(yè)過程測量、控制和數(shù)據(jù)采集等工作。與通用的計(jì)算機(jī)相比主要有以下特點(diǎn)有:1) 兼容性好、升級(jí)容易；2) 性能價(jià)格比高；3) 豐富的軟件支持；4) 通信功能強(qiáng)；5) 可靠性高，具有空氣過濾系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、減震裝置、防電磁干擾和抑制電涌裝置，使工控機(jī)的可靠性比一般計(jì)算機(jī)的可靠性提高3~4倍。目前使用較多的有研華(ADVANTECH)、康泰克(CONTEC)、康拓等公司的產(chǎn)品。分布式控制系統(tǒng)(Distributed Control System，簡稱DCS)又稱集散系統(tǒng)，在國內(nèi)又稱之為集散控制系統(tǒng)。DCS是隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)及其在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中的應(yīng)用和發(fā)展而形成的，集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)和圖形顯示技術(shù)(4C)于一體的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)[13]。DCS的主要特點(diǎn)可以歸結(jié)為:分散控制，集中管理。一般情況下，一個(gè)DCS中只需配備一臺(tái)工程師站，而現(xiàn)場I/O控制站和操作員站的數(shù)量則需要根據(jù)實(shí)際要求配置。所有站點(diǎn)通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)互相連接并互相交換信息，協(xié)調(diào)各方面的工作，共同完成DCS的整體功能。DCS通過分散系統(tǒng)來分散系統(tǒng)的危險(xiǎn)。這樣保證了當(dāng)某一臺(tái)設(shè)備或某一部分出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。當(dāng)今流行的DCS國外的有Honeywell公司的TDC300、橫河公司的CENTUM，國內(nèi)的有電子部六所的HS20OO系統(tǒng)。PLC是20世紀(jì)60年代末在繼電器控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，PLC己不僅能實(shí)現(xiàn)繼電器控制所具有的邏輯判斷、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制，同時(shí)還具有了執(zhí)行算術(shù)運(yùn)算，對(duì)模擬量進(jìn)行控制等功能[14]。而且PLC很好地解決了工業(yè)控制領(lǐng)域普遍關(guān)心的可靠、安全、靈活、方便、經(jīng)濟(jì)等問題。與一般的計(jì)算機(jī)有許多優(yōu)點(diǎn)，其主要表現(xiàn)在:1) 可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)高可靠性是PLC的最突出特點(diǎn)之一。PLC的平均無故障時(shí)間可達(dá)幾十萬小時(shí)。PLC專為在工作環(huán)境比較惡劣的條件下應(yīng)用而設(shè)計(jì)，PLC采取了一系列措施，在硬件設(shè)計(jì)方面，首先選用優(yōu)質(zhì)器件，再就是采用合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加固、簡化安裝，使它易于抗振動(dòng)沖擊，對(duì)印刷電路板的設(shè)計(jì)、加工及焊接都采取了極為嚴(yán)格的工藝措施，而且在電路、結(jié)構(gòu)以及工藝上采取一些獨(dú)特的方式。例如在輸入輸出(I/O)接口電路都采用光電隔離，做到電浮空，既方便接地，又提高了抗干擾性能。各輸入端均采用RC濾波器，對(duì)于一些高速輸入端則采用數(shù)字濾波，其濾波時(shí)間常數(shù)可由指令設(shè)定；各模塊均采用屏蔽措施，防止輻射干擾；采用優(yōu)良的開關(guān)電源。所有這些使得PLC能置于有很強(qiáng)的電噪聲與電磁干擾、機(jī)械振動(dòng)和濕度很大的地方。2) 編程簡單易學(xué)，使用方便用微機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，常使用匯編語言以及其他高級(jí)語言，要求使用者具有一定水平的計(jì)算機(jī)軟件和軟件知識(shí)。而PLC采用面向控制過程、面向問題的“自然語言”編程，容易掌握。大多數(shù)PLC使用梯形圖LAD、連續(xù)功能圖CFS和語句表。盡管現(xiàn)代PLC也用高級(jí)語言編制復(fù)雜的程序，但梯形圖仍被廣泛地使用。3) 接線簡單、易于安裝在電信號(hào)匹配的情況下，PLC接線只需要將輸入信號(hào)的設(shè)備(按鈕、開關(guān)等)與PLC輸入端子連接；將接受輸出信號(hào)執(zhí)行控制任務(wù)的執(zhí)行元件(接觸器、電磁閥等)與PLC輸出端子連接，接線簡單、工作量少。4）可連接為網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)PLC可連接為功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)級(jí)連可以將不同類型的可編程控制器與計(jì)算機(jī)組成一個(gè)控制范圍很大的局部網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)工程實(shí)際和客戶要求，試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)必須滿足如下要求。1) 高可靠性、抗干擾能力強(qiáng)這是一個(gè)基本的，也是最重要的要求之一。設(shè)計(jì)后的控制系統(tǒng)要求在十年之內(nèi)沒有大的故障。同時(shí)由于該系統(tǒng)中有兩臺(tái)同步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)和運(yùn)行過程中很容易對(duì)控制信號(hào)產(chǎn)生電磁干擾，所以控制系統(tǒng)要具有很強(qiáng)的抗干擾能力。2) 響應(yīng)速度快，數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)能力強(qiáng)由于整個(gè)試驗(yàn)必須實(shí)時(shí)地傳送壓力反饋值的大小，所以要求系統(tǒng)有很快的響應(yīng)速度；并且在試驗(yàn)中要將所有傳感器的數(shù)據(jù)采集下來，在試驗(yàn)結(jié)束后再將數(shù)據(jù)保存到硬盤上，所以要求系統(tǒng)的處理器和存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)能力強(qiáng)。3) 性價(jià)比高下面對(duì)各系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，并根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際要求選出最適合該項(xiàng)目的系統(tǒng)。單片機(jī)系統(tǒng)一般應(yīng)用于小型工業(yè)控制系統(tǒng)。它的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低，但開發(fā)周期長，尤其是它的可靠性得不到到保證。所以不適合本項(xiàng)目。工業(yè)控制機(jī)IPC配以PC總線的I/0板卡組成的控制系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格較低，系統(tǒng)軟硬件資源豐富，開發(fā)周期短；但是經(jīng)實(shí)踐證明，IPC工業(yè)控制機(jī)長期運(yùn)行的可靠性難以得到保證，幾年之后，IPC的故障率比較高。IPC作上位管理機(jī)是可以的，但在工作環(huán)境惡劣、可靠性要求高的場合，IPC達(dá)不到要求。所以，本項(xiàng)目沒有選擇這種控制系統(tǒng)。DCS和PLC系統(tǒng)在可靠性、抗干擾性、響應(yīng)速度，數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)能力等方面各有千秋，均能滿足本項(xiàng)目的要求。但DCS和PLC在通信網(wǎng)絡(luò)上的組網(wǎng)不同，導(dǎo)致二者的價(jià)格有較高差異。DCS網(wǎng)絡(luò)具有優(yōu)良的通信子網(wǎng)，但是為了取得網(wǎng)絡(luò)級(jí)的高可靠性，DCS系統(tǒng)普遍對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)采用了1:1冗余措施，這包括通信信道、通信接口的1:1冗余，還包括當(dāng)通信系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，對(duì)故障檢測及自動(dòng)切換到備用子網(wǎng)的裝置。諸如此類，導(dǎo)致盡管DCS系統(tǒng)性能優(yōu)良，但價(jià)格也非常昂貴，性能價(jià)格比并不高。PLC網(wǎng)絡(luò)則不同，一般在網(wǎng)絡(luò)級(jí)它不搞1:1網(wǎng)絡(luò)冗余，僅在關(guān)鍵部位選用冗余結(jié)構(gòu)的PLC。這樣一種處理方案，在價(jià)格上將大大低于DCS系統(tǒng)。同時(shí)PLC在網(wǎng)絡(luò)上的簡化處理并沒使其可靠性低于DCS。由于PLC將三電(邏輯控制系統(tǒng)的電氣控制裝置、過程控制系統(tǒng)的電動(dòng)單元組合儀表、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的電氣傳動(dòng)控制裝置)集于一體，所以其本身有很強(qiáng)的自治性，它對(duì)PLC網(wǎng)絡(luò)的通信速度要求比較低。需要通過網(wǎng)絡(luò)交換的數(shù)據(jù)量相對(duì)比較少，這使得PLC網(wǎng)絡(luò)變得比較簡單。而DCS系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)一級(jí)實(shí)現(xiàn)三電一體化，它對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信速度的要求比較高，需要通過網(wǎng)絡(luò)交換的數(shù)據(jù)量比較大，這使得DCS系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)比較復(fù)雜。簡單網(wǎng)絡(luò)的可靠性總歸比復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的可靠性容易保證。更何況PLC本身具有良好的自治性，在關(guān)鍵場合又選用PLC冗余結(jié)構(gòu)，這樣即使PLC網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，仍可維持系統(tǒng)運(yùn)行。所以，PLC在可靠性等方面可以和DCS媲美，但在性價(jià)比上要優(yōu)于DCS。綜合以上的分析，最終選擇了PLC和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相結(jié)合的控制系統(tǒng)方案。 對(duì)于徑側(cè)向機(jī)輪試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具備以下優(yōu)點(diǎn)[15][16]: ，硬件電路的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，制作成本低，且不受器件溫度漂移的影響。 ，可以實(shí)現(xiàn)不同于一般線性調(diào)節(jié)的最優(yōu)化、自適應(yīng)、非線性、智能化等控制規(guī)律，而且易于更改。 ，可靠性高，可以提高控制性能。 、數(shù)據(jù)通信和故障診斷等模擬控制系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)的功能。徑側(cè)向機(jī)輪試驗(yàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的原理框圖如圖23所示： 圖23 徑側(cè)向自動(dòng)化試驗(yàn)裝置控制系統(tǒng)原理框圖在徑側(cè)向機(jī)輪試驗(yàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，由于工業(yè)控制機(jī)的輸入和輸出是數(shù)字信號(hào)，因此需要A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器。從本質(zhì)上看，徑側(cè)向機(jī)輪試驗(yàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要工作原理分為以下三個(gè)步驟口 :對(duì)來自傳感器和放大器的輪胎壓力瞬時(shí)值進(jìn)行檢測和輸入，并實(shí)時(shí)顯示。 :對(duì)采集到的輪胎壓力和位移量進(jìn)行分析和處理，并按給定的控制程序決定需要采取的控制行為。 實(shí)時(shí)控制輸出:根據(jù)上位機(jī)發(fā)出的控制命令，適時(shí)地對(duì)液壓系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)控制試驗(yàn)的進(jìn)程。徑側(cè)向機(jī)輪試驗(yàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)框圖如24所示。 用戶 量測信號(hào)限位報(bào)警系統(tǒng)啟停 數(shù)字量模塊 模擬量模塊PLC 打印機(jī)HMI工控機(jī)開關(guān)控制閥門開度位移數(shù)據(jù)油缸壓力載荷壓力 圖24徑側(cè)向自動(dòng)化試驗(yàn)裝置硬件實(shí)現(xiàn)框圖 徑側(cè)向自動(dòng)化試驗(yàn)裝置控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 試驗(yàn)臺(tái)本體和液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)徑側(cè)向機(jī)輪試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)的硬件分成三個(gè)部分，第一個(gè)部分是實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體，是試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中包括了工作平臺(tái)、底座，支柱、叉子、主油缸、側(cè)向油缸等。 第二個(gè)部分是液壓系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)為徑側(cè)向機(jī)輪試驗(yàn)臺(tái)提供載荷壓力。這個(gè)系統(tǒng)由油泵、送油閥、載荷保持器、四通閥、可控單向閥，而且有溢流閥、安全閥、，以