火箭发动机推力原位校准控制系统研究

发布时间：2017-09-27 06:28

  本文关键词：火箭发动机推力原位校准控制系统研究

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【摘要】：火箭发动机推力测量前,需要进行测量系统的标定,它影响了测量数据的准确性,也关系到测量过程的可靠性。所谓原位校准是指模拟实际工况,现场完成测量系统的静态标定和校核,这种方法广泛应用于火箭发动机的研发和生产部门。本文主要阐述了火箭发动机推力原位标定装置的加载控制技术。首先,对该领域的国内外研究的现状进行研究和分析,掌握了该领域目前发展的最新趋势和方向;其次,对火箭发动机推力原位校准装置进行设计,对其工作原理和加载过程进行了理论分析,同时对各个部分进行阐述;再次,根据经典控制理论,建立控制模型,实施控制方案,设计控制系统硬件,主要包括各个部分的电气控制线路的连接;通过编写控制程序,完成控制系统的软件设计;完成以上部分工作后,通过相关实验规程进行实验。将伺服控制技术和压电陶瓷微位移技术用于火箭发动机的推力原位校准中,可以大大提高设备的性能,提高实验的效率,消除手动作业的强度和弊端。首先,根据西安航天自动化股份有限公司提出的控制装置要求,对装置的总体方案进行实施,同时设计其机械结构。机械结构的设计主要包括驱动部分、带传动部分、滚珠丝杠部分和动横梁等。通过对上述部分的结构设计,从而为下文的控制部分的设计奠定基础;其次,借助经典控制理论,将最新的控制技术引入本文的控制系统的设计中来,提出适合本文火箭发动机推力原位校准模型。从伺服控制系统原理出发,对控制系统单元进行论证,建立伺服控制模型;再次,根据上述控制方案的解决,从硬件着手,制定出切实有效的控制系统方案。主要从伺服控制单元、微机控制单元、手动控制单元等几个部分进行分析,建立各个单元的电气控制线路,最后完成整个控制电气图的设计工作;然后,软件设计。软件的设计安照模块化的设计原则进行。通过模块化设计思想,使简化了程序设计的过程,降低了程序的复杂性,为系统的调试和维护提供便利。主要包括手动控制、自动加载模块、伺服驱动模块、数据处理模块等;最后,阐述软件的使用过程;根据相关的实验规程,通过实验对标准测力仪的不确定进行评定;通过实验,完成控制装置的负荷特性和蠕变实验,得到控制装置的总体性能指标。通过实验,最终表明火箭发动机推力原位加载装置的性能达到了设计的要求,这也证明了本文中精加载采用压电陶瓷微位移技术的可靠性。
【关键词】：火箭发动机推力 原位标定 控制模型 压电陶瓷 负荷特性实验 蠕变实验
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V433
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-20
• 1.1 课题研究背景14
• 1.2 推力测试系统发展现状与方向14-17
• 1.2.1 推力测试系统国内外现状15-16
• 1.2.2 推力测试系统发展方向16-17
• 1.3 课题的内容和任务17-19
• 1.3.1 课题来源17-18
• 1.3.2 技术要求18
• 1.3.3 主要研究内容18-19
• 1.4 课题的创新点19-20
• 第2章 控制系统装置的结构和原理20-34
• 2.1 原位校准控制系统简介20-21
• 2.2 基本参数21-22
• 2.2.1 基本功能及性能指标21-22
• 2.2.2 可承担的实验项目22
• 2.3 控制系统装置工作原理和理论分析22-30
• 2.3.1 控制系统装置工作原理22-24
• 2.3.2 原位校准的加载过程分析24-27
• 2.3.3 主体结构27
• 2.3.4 压电陶瓷力发生装置27-29
• 2.3.5 微机控制系统29
• 2.3.6 工作仪表29-30
• 2.3.7 数据处理系统30
• 2.4 加载过程分析30-33
• 2.4.1 动横梁的水平误差分析30-32
• 2.4.2 动横梁静力学分析32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 控制理论及其模型的建立34-40
• 3.1 伺服控制系统34-38
• 3.1.1 控制理论34-36
• 3.1.2 控制原理图36-37
• 3.1.3 伺服控制模型的建立37-38
• 3.2 控制方案的实施38-39
• 3.2.1 控制方案选择38
• 3.2.2 控制方案的设计38-39
• 3.3 本章小结39-40
• 第4章 控制系统及其硬件实施40-50
• 4.1 电气控制原理图40-41
• 4.2 伺服控制单元41-44
• 4.2.1 电机的选型41-42
• 4.2.2 电气线路的布局42-44
• 4.3 微机控制单元44-47
• 4.3.1 伺服驱动方式44-46
• 4.3.2 数据采集单元46-47
• 4.4 手动控制单元47-48
• 4.5 整机控制电路48-49
• 4.6 本章小节49-50
• 第5章 软件系统设计50-72
• 5.1 虚拟主控实验界面51
• 5.2 手动调机面板51-54
• 5.2.1 动横梁的手动调节53
• 5.2.2 工位的手动调节53-54
• 5.2.3 压电陶瓷手动调节54
• 5.3 自动加载模块54-60
• 5.3.1 传感器的检定过程55
• 5.3.2 粗加载部分55-57
• 5.3.3 精加载部分57-60
• 5.4 伺服驱动模块60-62
• 5.4.1 库函数的应用60-61
• 5.4.2 伺服控制参数的设置61-62
• 5.5 数据采集模块62-64
• 5.6 实验过程模块64-67
• 5.6.1 非线性实验模块64-65
• 5.6.2 蠕变实验模块65-67
• 5.7 数据处理模块67-71
• 5.7.1 直线的确定68
• 5.7.2 负荷特性实验算法68-69
• 5.7.3 蠕变特性实验算法69-71
• 5.8 本章小结71-72
• 第6章 实验论证72-86
• 6.1 软件使用指南72-78
• 6.1.1 微机控制系统使用72
• 6.1.2 软件使用72-76
• 6.1.3 控制参数的设置76-78
• 6.2 标准测力仪的不确定度78-81
• 6.2.1 不确定评定理论79
• 6.2.2 不确定度的评定79-81
• 6.3 蠕变和负荷特实验81-84
• 6.3.1 蠕变实验81-82
• 6.3.2 负荷特性实验82-83
• 6.3.3 数据处理与分析83-84
• 6.4 本章小结84-86
• 第7章 结论与展望86-88
• 7.1 结论86-87
• 7.2 展望87-88
• 参考文献88-92
• 致谢92

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