【正文】 計過程。第五章是是現(xiàn)場調(diào)試，介紹了實驗室進(jìn)行現(xiàn)場系統(tǒng)調(diào)試時的，不斷完善系統(tǒng)設(shè)計，提高系統(tǒng)性能。第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計本章主要說明飛機(jī)機(jī)輪徑側(cè)向壓力自動檢測系統(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)向自動化實驗裝置的原理是[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）兩個方向分別施加一定的載荷并保持一定時間，觀察飛機(jī)輪胎輪軸和輪緣的變形量（即位移量），通過所得的實驗數(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)這些實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行評估和改進(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，主要也承受垂直徑向載荷，由于地面的不絕對平整，飛機(jī)的上下震動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；11側(cè)向油缸；圖21 徑側(cè)向自動化試驗臺結(jié)構(gòu)圖整個試驗臺液壓傳動系統(tǒng)由徑向、側(cè)向兩個系統(tǒng)構(gòu)成。徑(側(cè))向工作臺置于滾軸上，摩擦力忽略不計，徑(側(cè))向電機(jī)啟動后帶動徑(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算機(jī)控制系統(tǒng)，從而計算實時控制的誤差，并顯示在計算機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面上[11]，同時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)定值的大小實時控制比例溢 流閥的開度大小。同時試驗臺還需完成不同型號機(jī)輪的破壞性試驗，根據(jù)不同型號機(jī)輪所對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的極限破壞條件，試驗臺在加壓控制上通過對徑向單獨的加載，實際所加載壓力必須超過極限破壞試驗的設(shè)定值，同時為了保護(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)帶動加壓機(jī)構(gòu)迅速回程，以結(jié)束破壞性試驗。同時在試驗結(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加壓保持的時候把數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)[12]，試驗結(jié)束時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)試驗臺原理和系統(tǒng)要求，可將測試臺分為兩個大部分：為實驗提供測試所需的徑向、側(cè)向載荷。控制該液壓系統(tǒng)的按照動作程序動作；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，其壓力試驗臺的控制要求也比一般壓力試驗臺有更嚴(yán)格控制要求及更復(fù)雜的控制過程，其具體表現(xiàn)在如下幾個方面：、500kN，每級按設(shè)定值10％增量施加；、側(cè)兩個方向分時加載，每級加載時間為10秒，且增加一級需停5秒（可任意調(diào)節(jié)）以便測量輪胎變形程度；，計算機(jī)控制系統(tǒng)監(jiān)控畫面中顯示加載過程，并根據(jù)加壓情況給出報警和預(yù)報信息；，實現(xiàn)自動卸載功能，同時給出整體加壓曲線，給出試驗結(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)向回程等待時間5s1010s2030406050510152535457065555st/s0圖22 航空機(jī)輪徑側(cè)向載荷給定曲線圖，試驗過程數(shù)據(jù)全部存儲，用于生成試驗報表和報警記錄；，判斷加壓過程值是否超出破壞性試驗設(shè)定值，如不滿足達(dá)到設(shè)定值，則試驗判斷為失敗；，按側(cè)向每級加載滿足時間落后于徑向5秒開始，最終試驗完成階段，徑側(cè)向同時回程； 徑側(cè)向自動化臺的總體設(shè)計方案工業(yè)控制系統(tǒng)是以計算機(jī)為核心來控制生產(chǎn)過程的自動控制系統(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。與通用的計算機(jī)相比主要有以下特點有:1) 兼容性好、升級容易；2) 性能價格比高；3) 豐富的軟件支持；4) 通信功能強；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)于一體的計算機(jī)控制系統(tǒng)[13]。DCS的主要特點可以歸結(jié)為:分散控制，集中管理。一般情況下，一個DCS中只需配備一臺工程師站，而現(xiàn)場I/O控制站和操作員站的數(shù)量則需要根據(jù)實際要求配置。所有站點通過系統(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。這樣保證了當(dāng)某一臺設(shè)備或某一部分出現(xiàn)故障時不會導(dǎo)致整個系統(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己不僅能實現(xiàn)繼電器控制所具有的邏輯判斷、計時、計數(shù)等順序控制，同時還具有了執(zhí)行算術(shù)運算，對模擬量進(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。與一般的計算機(jī)有許多優(yōu)點，其主要表現(xiàn)在:1) 可靠性高，抗干擾能力強高可靠性是PLC的最突出特點之一。PLC的平均無故障時間可達(dá)幾十萬小時。PLC專為在工作環(huán)境比較惡劣的條件下應(yīng)用而設(shè)計，PLC采取了一系列措施，在硬件設(shè)計方面，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，使它易于抗振動沖擊，對印刷電路板的設(shè)計、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，對于一些高速輸入端則采用數(shù)字濾波，其濾波時間常數(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能置于有很強的電噪聲與電磁干擾、機(jī)械振動和濕度很大的地方。2) 編程簡單易學(xué)，使用方便用微機(jī)實現(xiàn)自動控制，常使用匯編語言以及其他高級語言，要求使用者具有一定水平的計算機(jī)軟件和軟件知識。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、易于安裝在電信號匹配的情況下，PLC接線只需要將輸入信號的設(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可連接為功能很強的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)級連可以將不同類型的可編程控制器與計算機(jī)組成一個控制范圍很大的局部網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)工程實際和客戶要求，試驗臺控制系統(tǒng)必須滿足如下要求。1) 高可靠性、抗干擾能力強這是一個基本的，也是最重要的要求之一。設(shè)計后的控制系統(tǒng)要求在十年之內(nèi)沒有大的故障。同時由于該系統(tǒng)中有兩臺同步電動機(jī)在啟動和運行過程中很容易對控制信號產(chǎn)生電磁干擾，所以控制系統(tǒng)要具有很強的抗干擾能力。2) 響應(yīng)速度快，數(shù)據(jù)處理、存儲能力強由于整個試驗必須實時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；并且在試驗中要將所有傳感器的數(shù)據(jù)采集下來，在試驗結(jié)束后再將數(shù)據(jù)保存到硬盤上，所以要求系統(tǒng)的處理器和存儲器的數(shù)據(jù)處理、存儲能力強。3) 性價比高下面對各系統(tǒng)的優(yōu)缺點進(jìn)行分析，并根據(jù)項目的實際要求選出最適合該項目的系統(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)點是價格低，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)點是價格較低，系統(tǒng)軟硬件資源豐富，開發(fā)周期短；但是經(jīng)實踐證明，IPC工業(yè)控制機(jī)長期運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、存儲能力等方面各有千秋，均能滿足本項目的要求。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)級的高可靠性，DCS系統(tǒng)普遍對通信網(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，對故障檢測及自動切換到備用子網(wǎng)的裝置。諸如此類，導(dǎo)致盡管DCS系統(tǒng)性能優(yōu)良，但價格也非常昂貴，性能價格比并不高。PLC網(wǎng)絡(luò)則不同，一般在網(wǎng)絡(luò)級它不搞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，在價格上將大大低于DCS系統(tǒng)。同時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)的電動單元組合儀表、運動控制系統(tǒng)的電氣傳動控制裝置)集于一體，所以其本身有很強的自治性，它對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)一級實現(xiàn)三電一體化，它對網(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)運行。所以，PLC在可靠性等方面可以和DCS媲美，但在性價比上要優(yōu)于DCS。綜合以上的分析，最終選擇了PLC和工業(yè)控制計算機(jī)相結(jié)合的控制系統(tǒng)方案。 對于徑側(cè)向機(jī)輪試驗臺控制系統(tǒng)的設(shè)計采用計算機(jī)控制技術(shù)。計算機(jī)控制系統(tǒng)具備以下優(yōu)點[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)無法實現(xiàn)的功能。徑側(cè)向機(jī)輪試驗臺計算機(jī)系統(tǒng)的原理框圖如圖23所示： 圖23 徑側(cè)向自動化試驗裝置控制系統(tǒng)原理框圖在徑側(cè)向機(jī)輪試驗臺計算機(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，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)輪試驗臺計算機(jī)控制系統(tǒng)的主要工作原理分為以下三個步驟口 :對來自傳感器和放大器的輪胎壓力瞬時值進(jìn)行檢測和輸入，并實時顯示。 :對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。 實時控制輸出:根據(jù)上位機(jī)發(fā)出的控制命令，適時地對液壓系統(tǒng)發(fā)出控制信號控制試驗的進(jìn)程。徑側(cè)向機(jī)輪試驗臺計算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)框圖如24所示。 用戶 量測信號限位報警系統(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)向自動化試驗裝置硬件實現(xiàn)框圖 徑側(cè)向自動化試驗裝置控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 試驗臺本體和液壓系統(tǒng)設(shè)計徑側(cè)向機(jī)輪試驗臺控制系統(tǒng)的硬件分成三個部分，第一個部分是實驗臺本體，是試驗臺控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中包括了工作平臺、底座，支柱、叉子、主油缸、側(cè)向油缸等。 第二個部分是液壓系統(tǒng)。這個系統(tǒng)為徑側(cè)向機(jī)輪試驗臺提供載荷壓力。這個系統(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