一种气浮台垂向气压控制系统及其控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于航空航天方向物理仿真试验领域。
【背景技术】
[0002]当代，世界各国积极开发航空航天设备，抢占太空资源。航天器正式投入使用之前必须经过地面物理仿真，以便于尽早发现缺陷，确保航天器的成功发射。如何设计一个物理仿真环境以最大可能的模拟航天器在外太空的运行情况是所有从事航空航天领域的工作人员必须考虑的问题。
[0003]现有全物理仿真试验设备垂向运动自由度差而导致的仿真效果不佳的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决现有气浮台垂向运动自由度差而导致的仿真效果不佳的问题，本发明提供一种气浮台垂向气压控制系统及其控制方法。
[0005]本发明的一种气浮台垂向气压控制系统，所述控制系统包括位移传感器、压力传感器和控制器；
[0006]所述位移传感器安装在气浮台气腔的内侧，用于测量气浮台上台体的移动位移；
[0007]压力传感器安装在气腔与外部环境之间，用于差动测量气腔内的压力；
[0008]控制器，用于根据位移传感器和压力传感器测得的数据，控制气浮台的比例调压阀和进气阀，调节气腔的气压，形成闭环控制，实现位移控制和压力恒定控制，使上台体实现垂向自由度。
[0009]所述位移传感器采用光栅尺实现。
[0010]所述控制器包括位移控制器和精调控制器；
[0011]位移控制器，用于根据位移传感器测得的数据，控制比例调压阀，调节气腔的气压，形成闭环控制，实现位移控制；
[0012]精调控制器，当位移得到控制，根据压力传感器4测得的数据，控制比例调压阀，调节气腔的气压，形成闭环控制，实现压力恒定控制，使上台体I实现垂向自由度。
[0013]—种气浮台垂向气压控制系统的控制方法，所述方法通过控制器的控制实现，所述控制器的工作过程包括:
[0014]步骤一:控制气浮台的进气阀，使气源内的气体进入气腔内，使上台体移动；
[0015]步骤二:随机给定一个行程范围内的有效值，根据有效值控制比例调压阀，调节气腔的气压；
[0016]步骤三:实时采集位移传感器的位移测量值，将所述位移测量值与目标位移值相减，判断获得的差值是否小于设定的控制精度，若是，则实时采集压力传感器的压力测量值，转入步骤三；若否，根据获得的差值，控制比例调压阀，调节气腔的气压，形成闭环控制;
[0017]步骤四:将步骤三获得的压力测量值与目标压力值相减，根据获得的差值，控制比例调压阀，调节气腔的气压，形成闭环控制，保持气腔2内的压力稳定，使上台体实现垂向自由度。
[0018]本发明的有益效果在于，本发明的控制主要用于气浮台垂向气压控制机构。主要由位移控制和压力跟踪组成，通过位移控制得到系统精确压力初始值，然后通过压力跟踪环节保证气浮台垂向自由度，保证了仿真效果。本发明具有结构简单，可操作性强，控制方便等特点。
【附图说明】
[0019]图1为【具体实施方式】一所述的一种气浮台垂向气压控制系统的原理示意图。
[0020]图2为位移闭环控制的原理示意图。
[0021 ] 图3为压力闭环控制的原理示意图。
【具体实施方式】
[0022]【具体实施方式】一:结合图1、2和图3说明本实施方式，本实施方式所述的一种气浮台垂向气压控制系统，所述控制系统包括位移传感器3、压力传感器4和控制器8 ;
[0023]本实施的气浮台包括上台体1、气腔2、气源5、进气阀6和比例调压阀7 ;气源5采用高压氮气，提高气体的质量。其通过进气阀6调节进入气腔2气体的压力。比例调压阀7作为气腔2的排气阀。气腔带动上台体I垂向运动。
[0024]所述位移传感器3安装在气浮台气腔2的内侧，用于测量气浮台上台体I的移动位移；
[0025]压力传感器4安装在气腔2与外部环境之间，用于差动测量气腔2内的压力；
[0026]控制器8，用于根据位移传感器3和压力传感器4测得的数据，控制比例调压阀7和进气阀6，调节气腔2的气压，形成闭环控制，实现位移控制和压力恒定控制，使上台体I实现垂向自由度。
[0027]本实施方式的位移传感器3采用光栅尺实现，所述光栅尺的精度为I微米。
[0028]所述控制器8包括位移控制器和精调控制器；
[0029]位移控制器，用于根据位移传感器3测得的数据，控制比例调压阀7，调节气腔2的气压，形成闭环控制，如图2所示，实现位移控制；
[0030]精调控制器，当位移得到控制，根据压力传感器4测得的数据，控制比例调压阀7，调节气腔2的气压，形成闭环控制，如图3所示，实现压力恒定控制，使上台体I实现垂向自由度。
[0031]【具体实施方式】二:本实施方式所述的一种气浮台垂向气压控制系统的控制方法，
[0032]所述方法通过控制器8的控制实现，所述控制器8的工作过程包括:
[0033]步骤一:控制进气阀6，使气源5内的气体进入气腔2内，使上台体I移动；
[0034]步骤二:随机给定一个行程范围内的有效值，根据有效值控制比例调压阀7，调节气腔2的气压；
[0035]步骤三:实时采集位移传感器3的位移测量值，将所述位移测量值与目标位移值相减，判断获得的差值是否小于设定的控制精度，此时速度基本为零，若是，则实时采集压力传感器4的压力测量值，转入步骤三；若否，根据获得的差值，控制比例调压阀7，调节气腔2的气压，形成闭环控制；
[0036]此时气腔2中压力传感器4的压力值为当前重力环境下的目标压力值；
[0037]根据位移控制所测得的当前工况下的位移值由于精度不够高，各种摩擦干扰或者机械漏气等情况未考虑全面，使所得到的压力值相对与当前重力下的精确值有误差。为了补偿漏气，抑制干扰，采用步骤四；
[0038]本实施方式中，设定的控制精度为10微米；
[0039]步骤四:将步骤三获得的压力测量值与目标压力值相减，根据获得的差值，控制比例调压阀7，调节气腔2的气压，形成闭环控制，保持气腔2内的压力稳定，使上台体I实现垂向自由度。
[0040]步骤四实现恒压的目的，使气转台可在行程内自由运动，达到气压控制目的。
【主权项】
1.一种气浮台垂向气压控制系统，其特征在于，所述控制系统包括位移传感器(3)、压力传感器⑷和控制器⑶； 所述位移传感器(3)安装在气浮台气腔(2)的内侧，用于测量气浮台上台体(I)的移动位移； 压力传感器(4)安装在气腔(2)与外部环境之间，用于差动测量气腔(2)内的压力； 控制器(8)，用于根据位移传感器(3)和压力传感器(4)测得的数据，控制气浮台的比例调压阀(7)和进气阀￠)，调节气腔(2)的气压，形成闭环控制，实现位移控制和压力恒定控制，使上台体⑴实现垂向自由度。2.根据权利要求1所述的一种气浮台垂向气压控制系统，其特征在于， 所述位移传感器(3)采用光栅尺实现。3.根据权利要求1所述的一种气浮台垂向气压控制系统，其特征在于， 所述控制器(8)包括位移控制器和精调控制器； 位移控制器，用于根据位移传感器⑶测得的数据，控制比例调压阀(7)，调节气腔(2)的气压，形成闭环控制，实现位移控制； 精调控制器，当位移得到控制，根据压力传感器⑷测得的数据，控制比例调压阀(7)，调节气腔⑵的气压，形成闭环控制，实现压力恒定控制，使上台体⑴实现垂向自由度。4.权利要求1所述的一种气浮台垂向气压控制系统的控制方法，其特征在于，所述方法通过控制器(8)的控制实现，所述控制器(8)的工作过程包括: 步骤一:控制气浮台的进气阀出)，使气源5内的气体进入气腔(2)内，使上台体(I)移动； 步骤二:随机给定一个行程范围内的有效值，根据有效值控制比例调压阀(7)，调节气腔⑵的气压； 步骤三:实时采集位移传感器(3)的位移测量值，将所述位移测量值与目标位移值相减，判断获得的差值是否小于设定的控制精度，若是，则实时采集压力传感器(4)的压力测量值，转入步骤三；若否，根据获得的差值，控制比例调压阀(7)，调节气腔(2)的气压，形成闭环控制； 步骤四:将步骤三获得的压力测量值与目标压力值相减，根据获得的差值，控制比例调压阀(7)，调节气腔(2)的气压，形成闭环控制，保持气腔⑵内的压力稳定，使上台体(I)实现垂向自由度。
【专利摘要】一种气浮台垂向气压控制系统及其控制方法，属于航空航天方向物理仿真试验领域。为了解决现有气浮台垂向运动自由度差而导致的仿真效果不佳的问题。所述控制系统包括位移传感器、压力传感器和控制器；位移传感器安装在气浮台气腔的内侧，用于测量气浮台上台体的移动位移；压力传感器安装在气腔与外部环境之间，用于差动测量气腔内的压力；控制器，用于根据位移传感器和压力传感器测的数据，控制气浮台的比例调压阀和进气阀，调节气腔气压，形成闭环控制，实现位移控制和压力恒定控制，使上台体实现垂向自由度。本发明主要用于气浮台垂向气压控制机构。通过位移控制得到精确压力初始值，然后通过压力跟踪环节保证气浮台垂向自由度，保证了仿真效果。
【IPC分类】B64G7/00
【公开号】CN105083595
【申请号】CN201510604032
【发明人】王一光, 王尔馥, 肖宇, 刘启循
【申请人】黑龙江大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年9月21日