【正文】 飛機(jī)機(jī)輪徑側(cè)向壓力自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)飛機(jī)機(jī)輪徑側(cè)向壓力自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)摘要 隨著航天事業(yè)的快速發(fā)展，為了提高飛機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性，需要對(duì)各種飛機(jī)機(jī)輪進(jìn)行靜態(tài)力學(xué)性能測(cè)試。以驗(yàn)證機(jī)輪在最大靜載荷和最大限制載荷下的承受能力。目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的兩臺(tái)徑側(cè)向機(jī)輪試驗(yàn)臺(tái)都研制于二十世紀(jì)七十年代，絕大部分的儀器儀表都是模擬的，不方便控制和觀(guān)測(cè)，且載荷試驗(yàn)都必須手動(dòng)完成，已經(jīng)不能夠滿(mǎn)足當(dāng)前對(duì)飛機(jī)機(jī)輪進(jìn)行的靜態(tài)力學(xué)載荷性能試驗(yàn)的要求了。因此研制一臺(tái)高性能的全數(shù)字化的徑側(cè)向機(jī)輪試驗(yàn)臺(tái)，并采用先進(jìn)的控制算法具有十分重大的意義。該試驗(yàn)裝置由液壓系統(tǒng)、電氣控制兩部分組成，本文的任務(wù)是完成試驗(yàn)臺(tái)電氣控制部分的研制與調(diào)試。本文就該試驗(yàn)臺(tái)的電氣控制部分的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、硬件選型、硬件電路實(shí)現(xiàn)、軟件設(shè)計(jì)做出了詳細(xì)介紹。最后進(jìn)行了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室調(diào)試，將系統(tǒng)不斷完善、本文的重點(diǎn)是介紹系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)的軟件、硬件做了詳細(xì)的闡述。在實(shí)際應(yīng)用中，系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性得到了很好的驗(yàn)證，采用PID控制算法通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試取得了較好的控制效果。 關(guān)鍵詞 機(jī)輪徑側(cè)向，工控機(jī)，可編程邏輯控制器，組態(tài)軟件，PID控制49ABSTRACT With the development of the space technique, we need to test a variety of airplane tyres for static mechanics performance for enhancing the stability and security of the desining the new airplane tyre ,the test of the sid direction of the footpath must be carried out in order to prove the adaptability of the airplane tyre under the greatest quiet load and the greatest restriction load. Since the two century china in the 1970s ,most of the apparatus are analog apparatus,which are made the control and observing testing inconvenient. Thus developed a highperformance bined radial and side load test machine has great significance. The observing and controlling platform is posed by the hydraulic pressure system and electrical task of this text is to finish studying and debugging the part of laboratory bench. This test presents the systematic design, selcecting hardware type,realizing hardware circuit and designing software of electric control systems in carriy on the systematic laboratory and systematic debugging on the spot. The focal point of the text is the design of the systematic hardware and software. The article addresses the system’s software and hardware in details. In the practical test, system’s reliability and stability has been proved .Control algorithms based on PID control through the debugging pressure control achieved good results.KEYWORDS the aircraft wheel’s radial and lateral direction, industrial controlling puter, the programmed logic controller, configuration software，PID control目錄第一章 緒論 1 研究背景 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 2 主要研究的問(wèn)題及論文結(jié)構(gòu)概述 3 論文章節(jié)安排 4第二章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 5 系統(tǒng)原理和結(jié)構(gòu)說(shuō)明 5 系統(tǒng)控制要求 6 徑側(cè)向自動(dòng)化臺(tái)的總體設(shè)計(jì)方案 7 徑側(cè)向自動(dòng)化試驗(yàn)裝置控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 11 試驗(yàn)臺(tái)本體和液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 控制系統(tǒng)硬件選型 13 軟件總體方案設(shè)計(jì) 15第三章 徑側(cè)向試驗(yàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 20 電機(jī)控制主電路 20 I/O模塊設(shè)計(jì) 21 比例溢流閥設(shè)計(jì) 22 保護(hù)電路與電磁兼容性 23 保護(hù)電路設(shè)計(jì) 23 電磁兼容性 24第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 25 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 25 組態(tài)軟件設(shè)計(jì) 25 上位機(jī)軟件各功能模塊設(shè)計(jì) 27 下位機(jī)PLC控制程序 29 PLC輸入輸出地址分配 29 液壓系統(tǒng)徑側(cè)向動(dòng)作控制程序 31 誤差處理及軟件濾波 33 PID控制程序 37 工控機(jī)與PLC的通訊軟件設(shè)計(jì) 39第五章 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試 42 調(diào)試內(nèi)容與步驟 42 調(diào)試結(jié)果 43第六章 結(jié)束語(yǔ) 46致謝 48參考文獻(xiàn) 49飛機(jī)機(jī)輪徑側(cè)向自動(dòng)化試驗(yàn)裝置 第一章 緒論第一章 緒論 研究背景隨著祖國(guó)航空航天事業(yè)的迅猛發(fā)展，各種航天工具的開(kāi)發(fā)和改進(jìn)，商用和軍用飛機(jī)輪胎的性能要求各不相同。為了保證飛機(jī)飛行安全，對(duì)各種飛機(jī)機(jī)輪的性能測(cè)試是十分必要的。再設(shè)計(jì)新型航空機(jī)輪時(shí)，為了驗(yàn)證機(jī)輪的靜態(tài)力學(xué)性能測(cè)試需要對(duì)機(jī)輪進(jìn)行徑—側(cè)向聯(lián)合載荷測(cè)試，傳統(tǒng)的模擬測(cè)量方式，不便于控制和觀(guān)察，因此需要研發(fā)一套高性能的全數(shù)字化的徑—側(cè)向自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)裝置。這里研制的機(jī)輪徑自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)臺(tái)要求設(shè)計(jì)為能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和全自動(dòng)控制，能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的全自動(dòng)化。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的應(yīng)用和嵌入式控制系統(tǒng)控制技術(shù)，屬于全數(shù)字化自動(dòng)測(cè)控臺(tái)[1]；能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的全自動(dòng)化，減輕了操作人員復(fù)雜的操作，減少了在人為操作控制因素下對(duì)測(cè)試精度的影響；加載曲線(xiàn)的實(shí)時(shí)顯示和打印，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，使實(shí)驗(yàn)過(guò)程更加安全可靠。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外輪胎制造業(yè)起步較早，各種輪胎試驗(yàn)機(jī)的研發(fā)也得到了飛速發(fā)展，對(duì)航空機(jī)輪的的研發(fā)隨著航空技術(shù)的不斷提升也在不斷提升公司所自有的機(jī)輪力學(xué)性能測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)。隨著控制技術(shù)的飛速發(fā)展，試驗(yàn)臺(tái)的各性能指標(biāo)也得到了很大的提高。各輪胎大公司為了提高自身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)輪胎試驗(yàn)機(jī)的研發(fā)也日益投入大量的研究費(fèi)用。從機(jī)械試驗(yàn)機(jī)到模擬系統(tǒng)到自動(dòng)控制系統(tǒng)的輪胎試驗(yàn)機(jī)，不斷提高自動(dòng)化測(cè)試水平，而且測(cè)試性能及各方面指標(biāo)都有極大提高。近年來(lái)，國(guó)際上不斷涌現(xiàn)許多新型的高性能、多功能的輪胎試驗(yàn)機(jī)。1999年，德國(guó)Beissbarth公司開(kāi)發(fā)了一種稱(chēng)作MTT2100微型輪胎試驗(yàn)機(jī)的新型輪胎試驗(yàn)裝置，該試驗(yàn)機(jī)通過(guò)軟件對(duì)所得信息進(jìn)行對(duì)比和解釋?zhuān)詧D像顯示結(jié)果，可以在線(xiàn)分析輪胎性能[2]。2001年，世界的輪胎制造商荷蘭VMI公司展示了其新開(kāi)發(fā)的通用輪胎試驗(yàn)機(jī)，該儀器可用于乘用車(chē)胎和載重車(chē)胎，可進(jìn)行負(fù)荷變形試驗(yàn)、脫圈試驗(yàn)、壓穿試驗(yàn)和接地印痕試驗(yàn)四種輪胎性能測(cè)試。附加測(cè)試包括胎面接地面比例、負(fù)荷下胎面花紋動(dòng)態(tài)性能測(cè)試等。集4種測(cè)試于一機(jī)，可大大節(jié)省接地面積和投資[3]。2003年2月，日本普利斯通公司在東京的技術(shù)中心安裝了一臺(tái)世界上最大的汽車(chē)輪胎試驗(yàn)機(jī)—MTS模擬路面動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，該試驗(yàn)機(jī)在速度、垂直輸入、側(cè)向力和扭矩等方面的測(cè)試指標(biāo)均勝過(guò)其他汽車(chē)輪胎試驗(yàn)機(jī)，并可評(píng)價(jià)輪胎在拐彎、剎車(chē)時(shí)的特性以及高速和大負(fù)載下的加速度[4]。2006年日本神戶(hù)鋼制所開(kāi)發(fā)了新型的輪胎均勻性試驗(yàn)機(jī)，可以精確地測(cè)試最高速度達(dá)200kph時(shí)輪胎的失衡力[5]。近兩年來(lái)，在世界輪胎公司75強(qiáng)中，“米其林”、“普利司通”、“固特異”占有相當(dāng)大的市場(chǎng)，且負(fù)責(zé)各航空公司航空機(jī)輪的生產(chǎn)和檢測(cè)，其輪胎試驗(yàn)機(jī)的自動(dòng)化水平和測(cè)試性能指標(biāo)都處于世界領(lǐng)先地位。 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀我國(guó)輪胎業(yè)的發(fā)展起步比較晚，雖然生產(chǎn)廠(chǎng)家已發(fā)展到了400多家，輪胎生產(chǎn)量已排名世界第一位，但因我國(guó)輪胎的總體檔次比較低，路況比較差，因此，對(duì)于輪胎的發(fā)展沒(méi)有起到促進(jìn)作用，因此很多輪胎廠(chǎng)家的生產(chǎn)技術(shù)還停留在六七十年代的水平。與各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我國(guó)在航空機(jī)輪的試驗(yàn)和檢驗(yàn)方面基本上是空白,差距很大。七十年代后期，國(guó)內(nèi)某航空公司從英國(guó)鄧祿普公司引進(jìn)了一套航空機(jī)輪試驗(yàn)設(shè)備，總投資500萬(wàn)英鎊，是我國(guó)當(dāng)時(shí)唯一一臺(tái)通過(guò)國(guó)際認(rèn)證，中國(guó)民航總局批準(zhǔn)的航空試驗(yàn)設(shè)備，每年承接大量的機(jī)輪試驗(yàn)和檢驗(yàn)任務(wù)。近幾年，隨著航空技術(shù)的發(fā)展和我國(guó)高速路的發(fā)展，促進(jìn)了我國(guó)輪胎業(yè)的發(fā)展，目前已有幾個(gè)廠(chǎng)家引進(jìn)了國(guó)外的先進(jìn)設(shè)備，且相應(yīng)的各類(lèi)型輪胎試驗(yàn)機(jī)也相繼面向市場(chǎng)，但普遍存在測(cè)試性能不高，自動(dòng)化水平落后的現(xiàn)象。各研發(fā)單位生產(chǎn)的輪胎試驗(yàn)機(jī)也大都面向汽車(chē)輪胎測(cè)試的方向，對(duì)航空機(jī)輪的各性能測(cè)試主要依靠國(guó)外進(jìn)口設(shè)備，嚴(yán)重影響了國(guó)內(nèi)對(duì)航空機(jī)輪的研發(fā)進(jìn)度和生產(chǎn)制造水平。近年來(lái)，我國(guó)在輪胎試驗(yàn)機(jī)的設(shè)計(jì)和研究方面也有了一定的進(jìn)展，出現(xiàn)了多家自行研制和開(kāi)發(fā)輪胎試驗(yàn)機(jī)的單位和企業(yè)，開(kāi)發(fā)出多種類(lèi)型的輪胎試驗(yàn)機(jī)。如2000年廣州市橡膠工業(yè)制品研究所研制的雙二位輪胎耐久高速試驗(yàn)機(jī)，2001年天津賽象科技股份有限公司研制的輪胎高速/耐久試驗(yàn)機(jī)，2005年國(guó)家輪胎質(zhì)檢中心及廣東汕頭橡塑機(jī)械所聯(lián)合研制的輪胎強(qiáng)度脫圈靜負(fù)荷試驗(yàn)機(jī)等。2001年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)管理委員會(huì)發(fā)表了輪胎動(dòng)平衡試驗(yàn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[6]。2003年臺(tái)灣華中橡膠測(cè)試公司自研發(fā)了輪胎綜合試驗(yàn)機(jī)，測(cè)試功能包括輪胎破壞能試驗(yàn)、胎唇抗脫座試驗(yàn)、縱向剛性系數(shù)試驗(yàn)、橫向剛性系數(shù)試驗(yàn)、印痕試驗(yàn)、與胎面接地壓力分布分析等，現(xiàn)已開(kāi)發(fā)了第三代產(chǎn)品。2004年北京航空制造工程研究所自主開(kāi)發(fā)了全自動(dòng)充氣式輪胎動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)，并采用了西門(mén)子Simatic WinAC、數(shù)據(jù)庫(kù)等先進(jìn)技術(shù)。2007年山東玲瓏橡膠有限公司自主研發(fā)了UP2092型輪胎綜合試驗(yàn)機(jī)，可以測(cè)試輪胎的縱向、橫向、扭轉(zhuǎn)、斜角和包覆剛性、壓穿強(qiáng)度、脫圈阻力和踏面印痕等,通過(guò)采用輪胎綜合試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行剛性和踏面印痕試驗(yàn),可以定量分析輪胎的操控性能和舒適性能,減少輪胎室外性能試驗(yàn)次數(shù)和改進(jìn)輪胎使用性能[7]。如今國(guó)內(nèi)以引進(jìn)技術(shù)等形式建立了大型輪胎試驗(yàn)場(chǎng)，可對(duì)各種不同類(lèi)型的輪胎從性能方面進(jìn)行綜合測(cè)試，現(xiàn)國(guó)內(nèi)技術(shù)比較領(lǐng)先的是天津久榮公司所建立的綜合試驗(yàn)場(chǎng)，可完成包括強(qiáng)度測(cè)試、耐久測(cè)試等16項(xiàng)不同性能方面的測(cè)試[8]，同時(shí)也承擔(dān)了制定國(guó)家輪胎測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù)。同時(shí)，國(guó)內(nèi)電液控制技術(shù)方面[9]也已經(jīng)開(kāi)始由模擬儀表向數(shù)字化發(fā)展，液壓技術(shù)同電子技術(shù)、控制技術(shù)的結(jié)合日益緊密，從而使電液元件和系統(tǒng)的性能有了質(zhì)的飛躍，加強(qiáng)了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，為液壓工業(yè)的發(fā)展開(kāi)辟了廣闊的天地。相應(yīng)地，這也給產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和使用帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。現(xiàn)代控制理論在電液控制系統(tǒng)方便也得到了較好的應(yīng)用。電液控制系統(tǒng)屬于本質(zhì)非線(xiàn)性和不確定性系統(tǒng)，如電液伺服閥的壓力—流量特性、液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)(如非對(duì)稱(chēng)缸)的摩擦特性和死區(qū)特性、負(fù)載特性等都是非線(xiàn)性；而不確定性因素則包括外來(lái)干擾力、溫度變化、油源壓力和流量脈動(dòng)等。為了提高電液控制系統(tǒng)的精確性和適用性，幾十年來(lái)，隨著現(xiàn)代控制理論的不斷發(fā)展，報(bào)道電液控制系統(tǒng)采用現(xiàn)代控制理論的文獻(xiàn)層出不窮，而且均取得了良好的效果。輪胎試驗(yàn)機(jī)液壓伺服控制系統(tǒng)是輪胎試驗(yàn)機(jī)的關(guān)鍵部分。目前大多使用模擬控制，即由運(yùn)算放大器和功率電子元件為主組成控制放大電路。由于模擬器件的分散性和組成電路的特點(diǎn)，其控制功能簡(jiǎn)單，難以適應(yīng)各種需要場(chǎng)合，并且存在明顯的溫度漂移和零點(diǎn)漂移。參數(shù)設(shè)定需用電位器調(diào)節(jié)，且調(diào)節(jié)結(jié)果不易被復(fù)制或記錄。出廠(chǎng)時(shí)設(shè)定好的參數(shù)一旦改變就不易恢復(fù)。此外，電位器的頻繁調(diào)節(jié)對(duì)電位器產(chǎn)生磨損，出現(xiàn)故障非專(zhuān)業(yè)人員難以排查。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)則可避免上述弊端，參數(shù)設(shè)定可通過(guò)PC或總線(xiàn)完成，避免了活動(dòng)元器件的機(jī)械磨損。所有調(diào)節(jié)不僅能自動(dòng)記錄或打印出來(lái)，還可以實(shí)現(xiàn)密碼保護(hù)，防止他人擅自修改造成故障。也可應(yīng)用于多點(diǎn)多通道協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)中，通過(guò)人機(jī)對(duì)話(huà)方式完成系統(tǒng)設(shè)置和測(cè)試工作。同模擬控制器相比，它集成系統(tǒng)控制功能于一體，使得閥控系統(tǒng)具有更高的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和靈活性和使用維護(hù)的方便性，使得它具有較廣闊的應(yīng)用前景。 主要研究的問(wèn)題及論文結(jié)構(gòu)概述該測(cè)試臺(tái)的電氣控制部分的任務(wù)是：、圖形曲線(xiàn)顯示打印主要研究的問(wèn)題有： 論文章節(jié)安排本論文的設(shè)計(jì)就是就以上提出的任務(wù)問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)的論述，論文章節(jié)的具體安排如下：第1章 是緒論部分。主要是介紹試驗(yàn)臺(tái)的研究背景、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及研究?jī)?nèi)容。第2章 是飛機(jī)機(jī)輪徑側(cè)向自動(dòng)化試驗(yàn)裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理，確定了系統(tǒng)總體的控制方案，并進(jìn)行硬件系統(tǒng)的選型。第3章 是飛機(jī)機(jī)輪徑側(cè)向自動(dòng)化試驗(yàn)裝置的硬件電路設(shè)計(jì)，介紹了硬件電路如何實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制和自動(dòng)控制，介紹了PLC的輸入輸出模塊電路，同時(shí)在考慮基于提高系統(tǒng)安全性、可靠性的方面完成了硬件系統(tǒng)的電磁性兼容性的設(shè)計(jì)。第4章 是軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，根據(jù)要求，設(shè)計(jì)了監(jiān)控系統(tǒng)，使監(jiān)控系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)記錄、監(jiān)控功能。并介紹了人機(jī)界面的各模塊功能。闡述