專(zhuān)利名稱(chēng)：一種實(shí)時(shí)負(fù)壓模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣壓環(huán)境模擬技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及ー種實(shí)時(shí)負(fù)壓模擬裝置。
背景技術(shù)：
航空和航天產(chǎn)品的研制過(guò)程中，需要建立各類(lèi)不同規(guī)模的環(huán)境模擬設(shè)備，而壓力模擬設(shè)備是環(huán)境模擬設(shè)備的重要組成部分。對(duì)于整機(jī)壓カ模擬設(shè)備，產(chǎn)品的研制長(zhǎng)、資金花費(fèi)大，同時(shí)收到實(shí)驗(yàn)條件制約，壓カ參數(shù)難以滿足試驗(yàn)需求。專(zhuān)利201110042703. 7提出了一種大氣壓カ環(huán)境模擬裝置，該裝置主要設(shè)計(jì)ー種光大氣傳輸環(huán)境的模擬，適用于進(jìn)行激光大氣傳輸時(shí)進(jìn)行的物理問(wèn)題研究。專(zhuān)利200810224273. 9提出了一種腔室壓カ控制方法及控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)針對(duì)等離子體處理設(shè)備中的傳輸腔室設(shè)計(jì)了技術(shù)方案。這兩種專(zhuān)利是針對(duì)某項(xiàng)具體的介質(zhì)傳輸而設(shè)計(jì)的模擬裝置及控制系統(tǒng)，來(lái)研究相關(guān)性能指標(biāo)。這兩種專(zhuān)利并非應(yīng)用于半實(shí)物仿真中的環(huán)境模擬領(lǐng)域，而且也不適合進(jìn)行氣壓傳感器測(cè)量精度的檢測(cè)。為了滿足實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的負(fù)壓實(shí)驗(yàn)需求，需要建立實(shí)時(shí)的負(fù)壓模擬裝置。目前，美國(guó)、俄羅斯、歐洲空間局等都設(shè)有空間壓カ模擬設(shè)備，中國(guó)空間設(shè)備研究院也建有大空間模擬設(shè)備。由于大空間壓カ模擬設(shè)備空間大，降壓過(guò)程對(duì)壓カ控制系統(tǒng)的排氣量及降壓速率要求很高，文獻(xiàn)《真空實(shí)驗(yàn)艙數(shù)字式壓カ控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證》及專(zhuān)利201010603570.1分別設(shè)計(jì)了大容量實(shí)驗(yàn)艙數(shù)字式壓カ控制系統(tǒng)及以PLC為控制器的壓カ控制系統(tǒng)，這兩種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)都比較復(fù)雜，主要適用于特定的裝置及技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境模擬。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠根據(jù)設(shè)定的負(fù)壓值快速調(diào)節(jié)壓力容器內(nèi)的壓力，具有精度高、實(shí)時(shí)性好的實(shí)時(shí)負(fù)壓模擬裝置。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)負(fù)壓模擬裝置，包括計(jì)算機(jī)1、PC1-1711板卡2、真空電氣比例閥3、空氣過(guò)濾器4、大氣壓源5、真空泵6、壓カ模擬艙7、絕壓傳感器I 8、絕壓傳感器II 9和氣體管路10，其特征是計(jì)算機(jī)I內(nèi)安裝PC1-1711板卡2 ；PC1-1711板卡2通過(guò)數(shù)據(jù)線與絕壓傳感器I 8、真空電氣比例閥3相連；大氣壓源5通過(guò)氣體管路10經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾器4與真空電氣比例閥3的管路接ロ相連；真空泵6通過(guò)氣體管路10與真空電氣比例閥3的管路接ロ相連；壓カ模擬艙7通過(guò)氣體管路10與真空電氣比例閥3的管路接ロ相連；壓力模擬艙7通過(guò)螺紋連接方式與絕壓傳感器I 8、絕壓傳感器II 9相連。所述的實(shí)時(shí)負(fù)壓模擬裝置的控制方法，包括以下步驟步驟ー在計(jì)算機(jī)上安裝PC1-1711板卡2的驅(qū)動(dòng)程序，測(cè)試A/D輸入通道和D/A輸出通道是否正常；將真空電氣比例閥3、絕壓傳感器I 8、絕壓傳感器II 9、真空泵6上電，檢測(cè)是否正常工作；
步驟二 在計(jì)算機(jī)上打開(kāi)人機(jī)交互界面，選擇階躍、正弦或三角波電壓模擬信號(hào)作為設(shè)定壓力值，并選擇信號(hào)幅值及周期；步驟三開(kāi)始運(yùn)行壓力模擬系統(tǒng)，參數(shù)設(shè)置完成后，通過(guò)人機(jī)交互界面運(yùn)行系統(tǒng)，程序通過(guò)PC1-1711板卡2的A/D通道讀入絕壓傳感器I 8的模擬電壓信號(hào)，將該信號(hào)換算為壓力值；將人機(jī)交互界面設(shè)置的模擬電壓信號(hào)換算為壓力值，將二個(gè)壓力值進(jìn)行比較，得出偏差量；若絕壓傳感器I 8的壓力值大于設(shè)定壓力值，則調(diào)用模糊PI子程序，計(jì)算輸出控制量調(diào)節(jié)真空電氣比例閥3的閥芯運(yùn)動(dòng)方向，關(guān)閉氣體流入通道，同時(shí)打開(kāi)氣體流出通道，真空泵6將壓力模擬艙7內(nèi)氣體抽出，壓力模擬艙7內(nèi)壓力降低；若絕壓傳感器I 8的壓力值小于設(shè)定壓力值，則調(diào)用模糊PI子程序，調(diào)節(jié)真空電氣比例閥3開(kāi)啟氣體流入通道，同時(shí)關(guān)閉氣體流出通道，大氣壓源向壓力模擬艙內(nèi)流入氣體，壓力模擬艙內(nèi)壓力升高；當(dāng)壓力模擬艙內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，真空電氣比例閥3處于微調(diào)狀態(tài)，使壓力模擬艙7內(nèi)氣體補(bǔ)氣量與泄漏量動(dòng)態(tài)平衡，系統(tǒng)艙內(nèi)壓力穩(wěn)定；系統(tǒng)通過(guò)程序設(shè)定的采樣頻率實(shí)時(shí)采集外部傳感器數(shù)據(jù)并調(diào)節(jié)真空電氣比例閥3，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力模擬艙7氣體壓力的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)；絕壓傳感器II 9測(cè)量壓力模擬艙7內(nèi)氣體壓力值并輸出至半實(shí)物仿真系統(tǒng)；步驟四結(jié)束運(yùn)行壓力模擬系統(tǒng)，通過(guò)人機(jī)交互界面關(guān)閉壓力模擬系統(tǒng)，開(kāi)啟壓力模擬艙7上的手動(dòng)放氣閥，對(duì)壓力模擬艙7進(jìn)行復(fù)壓，使外界空氣進(jìn)入艙內(nèi)達(dá)到內(nèi)外壓力值平衡。本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明根據(jù)水下高速運(yùn)動(dòng)體在人工通氣條件下空泡內(nèi)壓力的變化范圍和性能技術(shù)指標(biāo)的測(cè)試要求，結(jié)合高精度真空電氣比例閥、絕壓傳感器、模糊PI控制算法等，實(shí)現(xiàn)了壓力模擬艙內(nèi)壓力可在15kPa IOOkPa范圍內(nèi)變化，動(dòng)態(tài)精度可以達(dá)到0. 3kPa，且壓力變化連續(xù)、響應(yīng)速度快，能夠滿足實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下半實(shí)物仿真中的環(huán)境模擬及壓力傳感器的測(cè)試要求?；诒景l(fā)明的實(shí)時(shí)負(fù)壓模擬裝置具有操作簡(jiǎn)單、模擬效果好、通用性強(qiáng)、工作可靠、便于計(jì)算機(jī)控制等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成示意圖；圖2為氣體壓力模擬艙結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明壓力控制系統(tǒng)的控制原理圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。結(jié)合圖1，本發(fā)明的負(fù)壓實(shí)時(shí)模擬裝置包括計(jì)算機(jī)1、PC1-1711板卡2、真空電氣比例閥3、空氣過(guò)濾器4、大氣壓源5、真空泵6、壓力模擬艙7、絕壓傳感器I 8、絕壓傳感器II 9和氣體管路10。計(jì)算機(jī)I內(nèi)安裝PC1-1711板卡2 ;PCI_1711板卡2通過(guò)數(shù)據(jù)線與絕壓傳感器I 8、真空電氣比例閥3相連；大氣壓源5通過(guò)氣體管路10經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾器4與真空電氣比例閥3的管路接口相連；真空泵6通過(guò)氣體管路10與真空電氣比例閥3的管路接口相連；壓力模擬艙7通過(guò)氣體管路10與真空電氣比例閥3的管路接ロ相連；壓力模擬艙7通過(guò)螺紋連接方式與絕壓傳感器I 8、絕壓傳感器II 9相連。絕壓傳感器I 8為計(jì)算機(jī)提供壓カ測(cè)量信號(hào)。絕壓傳感器II 9為半實(shí)物仿真系統(tǒng)提供壓カ測(cè)量信號(hào)。在計(jì)算機(jī)I用Visual C++6. 0設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面，編制三種設(shè)定的壓カ信號(hào)類(lèi)型階躍信號(hào)、正弦信號(hào)和三角波信號(hào)，設(shè)計(jì)模糊PI控制器，該控制器根據(jù)設(shè)定壓カ與實(shí)際壓力的偏差值計(jì)算需要輸出的控制量，調(diào)節(jié)通過(guò)真空電氣比例閥3的氣體流量，使壓カ模擬艙7內(nèi)的實(shí)際壓カ值快速達(dá)到人機(jī)交互界面上設(shè)定的壓カ值。結(jié)合圖2，壓カ模擬艙7由5部分構(gòu)成，分別為I一氣體通道接頭、2—艙體、3—標(biāo)準(zhǔn)接頭、4 一轉(zhuǎn)接頭、5—手動(dòng)放氣閥。
氣體通道接頭通過(guò)氣管與真空電氣比例閥3的氣體接ロ相連。標(biāo)準(zhǔn)接頭可以連接標(biāo)準(zhǔn)連接尺寸的絕對(duì)壓カ傳感器，標(biāo)準(zhǔn)接頭也可以通過(guò)轉(zhuǎn)接頭連接非標(biāo)準(zhǔn)尺寸的絕對(duì)壓力傳感器手動(dòng)放氣閥主要適用于實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，快速提高壓力模擬艙7內(nèi)的氣體壓力，達(dá)到艙內(nèi)外的壓カ平衡。結(jié)合圖3，在計(jì)算機(jī)中編制系統(tǒng)控制程序的流程主要為計(jì)算機(jī)通過(guò)PC1-1711板卡2的A/D通道讀入絕壓傳感器I 8的模擬電壓信號(hào)，將該信號(hào)換算為壓カ值；將人機(jī)交互界面設(shè)置的模擬電壓信號(hào)換算為壓カ值，將ニ個(gè)壓カ值進(jìn)行比較，得出偏差量；若絕壓傳感器I 8的壓カ值大于設(shè)定壓カ值，則調(diào)用模糊PI控制器，計(jì)算輸出控制量調(diào)節(jié)真空電氣比例閥3的閥芯運(yùn)動(dòng)方向及開(kāi)度，關(guān)閉氣體流入通道，同時(shí)打開(kāi)氣體流出通道，使壓カ模擬艙7內(nèi)壓カ降低；若絕壓傳感器I 8的壓カ值小于設(shè)定壓カ值，則調(diào)用模糊PI子程序，調(diào)節(jié)真空電氣比例閥3開(kāi)啟氣體流入通道，同時(shí)關(guān)閉氣體流出通道，大氣壓源向壓カ模擬艙內(nèi)流入氣體，壓カ模擬艙7內(nèi)壓カ升高；當(dāng)壓カ模擬艙內(nèi)壓カ達(dá)到設(shè)定值時(shí)，真空電氣比例閥3處于微調(diào)狀態(tài)，使壓力模擬艙7內(nèi)氣體補(bǔ)氣量與泄漏量動(dòng)態(tài)平衡，系統(tǒng)艙內(nèi)壓カ穩(wěn)定。本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)步驟為步驟ー在計(jì)算機(jī)上安裝PC1-1711板卡2的驅(qū)動(dòng)程序，測(cè)試A/D輸入通道和D/A輸出通道是否正常；將真空電氣比例閥3、絕壓傳感器I 8、絕壓傳感器II 9、真空泵6上電，檢測(cè)是否正常工作。步驟ニ 在計(jì)算機(jī)上打開(kāi)人機(jī)交互界面，選擇階躍、正弦或三角波電壓模擬信號(hào)作為設(shè)定壓カ值，并選擇信號(hào)幅值及周期。步驟三開(kāi)始運(yùn)行壓カ模擬系統(tǒng)。參數(shù)設(shè)置完成后，通過(guò)人機(jī)交互界面運(yùn)行系統(tǒng)，通過(guò)PC1-1711板卡2的A/D通道讀入絕壓傳感器I 8的模擬電壓信號(hào)，將該信號(hào)換算為壓力值；將人機(jī)交互界面設(shè)置的模擬電壓信號(hào)換算為壓カ值，將ニ個(gè)壓カ值進(jìn)行比較，得出偏差量；若絕壓傳感器I 8的壓カ值大于設(shè)定壓カ值，則調(diào)用模糊PI子程序，計(jì)算輸出控制量調(diào)節(jié)真空電氣比例閥3的閥芯運(yùn)動(dòng)方向及開(kāi)度，關(guān)閉氣體流入通道，同時(shí)打開(kāi)氣體流出通道，真空泵6將壓カ模擬艙7內(nèi)氣體抽出，壓カ模擬艙7內(nèi)壓カ降低；若絕壓傳感器I 8的壓カ值小于設(shè)定壓カ值，則調(diào)用模糊PI子程序，調(diào)節(jié)真空電氣比例閥3開(kāi)啟氣體流入通道，同時(shí)關(guān)閉氣體流出通道，大氣壓源向壓カ模擬艙內(nèi)流入氣體，壓カ模擬艙內(nèi)壓カ升高；當(dāng)壓力模擬艙內(nèi)壓カ達(dá)到設(shè)定值時(shí)，真空電氣比例閥3處于微調(diào)狀態(tài)，使壓力模擬艙7內(nèi)氣體補(bǔ)氣量與泄漏量動(dòng)態(tài)平衡，系統(tǒng)艙內(nèi)壓力穩(wěn)定；系統(tǒng)通過(guò)程序設(shè)定的采樣頻率實(shí)時(shí)采集外部傳感器數(shù)據(jù)并調(diào)節(jié)真空電氣比例閥3，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力模擬艙7氣體壓力的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)；絕壓傳感器II 9測(cè)量壓力模擬艙7內(nèi)氣體壓力值并為實(shí)驗(yàn)室其它設(shè)備提供壓力測(cè)試信號(hào)。步驟四結(jié)束運(yùn)行壓力模擬系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，通過(guò)人機(jī)交互界面關(guān)閉壓力模擬系統(tǒng)，開(kāi)啟壓力模擬艙7上的手動(dòng)放氣閥，對(duì)壓力模擬艙7進(jìn)行復(fù)壓，使外界空氣進(jìn)入艙內(nèi)達(dá)到內(nèi)外壓力值平衡。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)時(shí)負(fù)壓模擬裝置，其特征在于包括計(jì)算機(jī)(I)、PC1-1711板卡(2)、真空電氣比例閥(3)、空氣過(guò)濾器(4)、大氣壓源(5)、真空泵(6)、壓力模擬艙(7)、絕壓傳感器I (8)、絕壓傳感器II (9)和氣體管路(10)，其特征是:計(jì)算機(jī)(I)內(nèi)安裝PC1-1711板卡(2)； PC1-1711板卡(2)通過(guò)數(shù)據(jù)線與絕壓傳感器I (8)、真空電氣比例閥(3)相連；大氣壓源 (5)通過(guò)氣體管路(10)經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾器(4)與真空電氣比例閥(3)的管路接口相連；真空泵(6)通過(guò)氣體管路(10)與真空電氣比例閥(3)的管路接口相連；壓力模擬艙(7)通過(guò)氣體管路(10)與真空電氣比例閥(3)的管路接口相連；壓力模擬艙(7)通過(guò)螺紋連接方式與絕壓傳感器I (8)、絕壓傳感器II (9)相連。
2.一種采用權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)負(fù)壓模擬裝置的控制方法，其特征在于包括以下步驟步驟一在計(jì)算機(jī)上安裝PC1-1711板卡(2)的驅(qū)動(dòng)程序，測(cè)試A/D輸入通道和D/A輸出通道是否正常；將真空電氣比例閥(3)、絕壓傳感器I (8)、絕壓傳感器II (9)、真空泵(6) 上電，檢測(cè)是否正常工作；步驟二 在計(jì)算機(jī)上打開(kāi)人機(jī)交互界面，選擇階躍、正弦或三角波電壓模擬信號(hào)作為設(shè)定壓力值，并選擇信號(hào)幅值及周期；步驟三開(kāi)始運(yùn)行壓力模擬系統(tǒng)，參數(shù)設(shè)置完成后，通過(guò)人機(jī)交互界面運(yùn)行系統(tǒng)，程序通過(guò)PC1-1711板卡(2)的A/D通道讀入絕壓傳感器I (8)的模擬電壓信號(hào)，將該信號(hào)換算為壓力值；將人機(jī)交互界面設(shè)置的模擬電壓信號(hào)換算為壓力值，將二個(gè)壓力值進(jìn)行比較，得出偏差量；若絕壓傳感器I (8)的壓力值大于設(shè)定壓力值，則調(diào)用模糊PI子程序，計(jì)算輸出控制量調(diào)節(jié)真空電氣比例閥(3)的閥芯運(yùn)動(dòng)方向，關(guān)閉氣體流入通道，同時(shí)打開(kāi)氣體流出通道，真空泵(6)將壓力模擬艙(7)內(nèi)氣體抽出，壓力模擬艙(7)內(nèi)壓力降低；若絕壓傳感器 I (8)的壓力值小于設(shè)定壓力值，則調(diào)用模糊PI子程序，調(diào)節(jié)真空電氣比例閥(3)開(kāi)啟氣體流入通道，同時(shí)關(guān)閉氣體流出通道，大氣壓源向壓力模擬艙內(nèi)流入氣體，壓力模擬艙內(nèi)壓力升高；當(dāng)壓力模擬艙內(nèi)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，真空電氣比例閥⑶處于微調(diào)狀態(tài)，使壓力模擬艙(7)內(nèi)氣體補(bǔ)氣量與泄漏量動(dòng)態(tài)平衡，系統(tǒng)艙內(nèi)壓力穩(wěn)定；系統(tǒng)通過(guò)程序設(shè)定的采樣頻率實(shí)時(shí)采集外部傳感器數(shù)據(jù)并調(diào)節(jié)真空電氣比例閥(3)，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力模擬艙(7)氣體壓力的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)；絕壓傳感器II (9)測(cè)量壓力模擬艙(7)內(nèi)氣體壓力值并輸出至半實(shí)物仿真系統(tǒng)；步驟四結(jié)束運(yùn)行壓力模擬系統(tǒng)，通過(guò)人機(jī)交互界面關(guān)閉壓力模擬系統(tǒng)，開(kāi)啟壓力模擬艙(7)上的手動(dòng)放氣閥，對(duì)壓力模擬艙(7)進(jìn)行復(fù)壓，使外界空氣進(jìn)入艙內(nèi)達(dá)到內(nèi)外壓力值平衡。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種實(shí)時(shí)負(fù)壓模擬裝置。計(jì)算機(jī)1內(nèi)安裝PCI-1711板卡2；PCI-1711板卡2通過(guò)數(shù)據(jù)線與絕壓傳感器Ⅰ8、真空電氣比例閥3相連；大氣壓源5通過(guò)氣體管路10經(jīng)過(guò)空氣過(guò)濾器4與真空電氣比例閥3的管路接口相連；真空泵6通過(guò)氣體管路10與真空電氣比例閥3的管路接口相連；壓力模擬艙7通過(guò)氣體管路10與真空電氣比例閥3的管路接口相連；壓力模擬艙7通過(guò)螺紋連接方式與絕壓傳感器Ⅰ8、絕壓傳感器Ⅱ9相連。本發(fā)明能夠根據(jù)設(shè)定的負(fù)壓值快速調(diào)節(jié)壓力容器內(nèi)的壓力，具有精度高、實(shí)時(shí)性好的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G09B25/00GK103021252SQ201210464928
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者韓云濤, 白濤, 趙國(guó)良, 孟浩 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)