Измерительно-вычислительный комплекс для управления нагружением «СТРЕЛА»

Измерительно-вычислительный комплекс (ИВК) “СТРЕЛА” предназначен для многоканального управления нагружением при испытаниях на прочность натурных авиационных конструкций. Комплекс обеспечивает следующие виды испытаний: статические, ресурсные и испытания до разрушения. При этом он выполняет информационные, управляющие и вспомогательные функции.

К информационным относятся:

• задание и контроль исходных данных перед испытаниями;
• представление процесса нагружения в реальном масштабе времени в виде графиков и гистограмм и оформление результатов испытаний в виде таблиц.
• представление измеренных параметров дополнительных систем участвующих в испытаниях.

Управляющие функции обеспечивают:

• формирование программ нагружения синхронно по всем каналам в виде сегментов – отрезков прямой линии, либо синусоиды;
• расчет и выдача управляющего воздействия (по ПИД-закону) по ошибке между измеренным и программным значением нагрузки в виде тока на сервоклапан;
• управление пространственным положением самолета в процессе нагружения по показаниям датчиков перемещения;
• автоматический подбор максимальной скорости нагружения на каждом сегменте при ресурсных испытаниях;
• позиционное управление дополнительными системами, участвующими в испытаниях;
• контроль ошибок нагружения, состояния конструкции и других систем, участвующих в испытаниях;
• идентификацию аварийных ситуаций и обеспечение программного выхода из них.

Дополнительные функции:

• калибровка динамометров совместно с нормирующими усилителями и обработка результатов калибровки;
• тестирование аппаратной части комплекса;
• индивидуальная отладка каждого канала нагружения;
• метрологическая поверка измерительных каналов комплекса и оформление ее результатов.

Основу ИВК “СТРЕЛА” составляет базовый 16-ти канальный программно-технический комплекс (ПТК), выполненный в виде стойки, построенный с использованием компонентов промышленных компьютеров серии микро-РС. На рис. 1 представлена блок-схема ПТК. Управление его работой осуществляется промышленным компьютером в формате микро-РС фирмы FASTWEL.
Во флэш памяти хранятся исполнительные программы, с помощью которых осуществляется управление сервоклапанами по ПИД – закону, управление запорными и сливными кранами, измерения, прием и выдача позиционных сигналов.

В качестве сигналов обратной связи в системе используются сигналы тензодинамометров, которые усиливаются нормирующими преобразователями (НП). Нормирующие преобразователи имеют высокий коэффициент подавления помех, работают с длинами кабеля от динамометров до 250 метров и могут быть использованы автономно для измерения сигналов с датчиков, имеющих в своем составе тензомост.

В качестве сигналов обратной связи в системе используются сигналы тензодинамометров, которые усиливаются нормирующими преобразователями (НП). Нормирующие преобразователи имеют высокий коэффициент подавления помех, работают с длинами кабеля от динамометров до 250 метров и могут быть использованы автономно для измерения сигналов с датчиков, имеющих в своем составе тензомост.

Управление запорными и сливными кранами осуществляется через 48-ми канальную плату ввода вывода (DIO-1) типа UNIO-48. При этом, управление запорными кранами осуществляется по специальному алгоритму, обеспечивающему их безударное включение, исключающее броски нагрузки на конструкции в момент включения кранов. Последовательность включения запорных кранов задается до начала испытаний в исходных данных. Для аварийного перекрытия кранов используется выносной пульт, включающий и выключающий общее питание 27В для запорных кранов. В системе предусмотрена выдача и прием дискретных сигналов (DIO-2) в процессе нагружения на вспомогательные устройства и системы участвующие в испытаниях. Выдача и прием этих сигналов синхронизируется привязкой их к концам сегментов нагружения и задается в исходных данных. В каждой стойке предусмотрено 16 позиционных сигналов на прием и 8 сигналов на выдачу.

В 16-ти канальном модуле нагружения реализовано измерение 16 дополнительных аналоговых сигналов. Три первых используются для измерения пространственного положения конструкции (высота, крен, тангаж). В регулировании пространственного положения могут участвовать каналы, находящиеся в разных стойках, так как сигналы с датчиков перемещений могут через объединительный кабель передаваться на другие стойки.

На оставшиеся 13 аналоговых входов могут быть поданы аналоговые сигналы в диапазоне ±5В. При этом в исходных данных указываются физические величины сигналов, допуски на их предельные значения.
Система нагружения может включать в себя до восьми стоек. Общий вид стоек «СТРЕЛА» показан на рис. 2.

Программное обеспечение ИВК “СТРЕЛА”

Программное обеспечение (ПО) ИВК “СТРЕЛА” является двухуровневым. Нижний уровень работает в ПТК в операционной среде DOS. Верхний уровень в персональном компьютере, который управляет всеми ПТК, работает в операционной системе WINDOWS.

Программное обеспечение нижнего уровня по командам из компьютера верхнего уровня выполняет управляющие функции, описанные выше, а также обеспечивает качественное представление процесса нагружения по всем каналам на мониторе ПТК. На нем в виде цветных гистограмм отображаются либо текущие программное и фактическое значение нагрузки, либо значение ошибок регулирования, либо сигнал регулятора по всем каналам, участвующим в испытаниях. Кроме того, на мониторе изменением цвета квадратиков под номерами каналов отображается состояние запорных кранов, превышение предупредительного и аварийного допусков по ошибке нагружения, а также изменяется цвет номера позиционного сигнала на ввод или вывод при его появлении.

Программное обеспечение верхнего уровня можно условно разделить на три части: подготовка исходных данных, управление испытанием, синхронизация процессов измерения параметров конструкции с измерением фактических нагрузок, прикладываемых к конструкции, отображение текущего состояния конструкции и системы нагружения в реальном масштабе времени, подготовка и проверка оборудования.