大气参数模拟器

摘要

本发明涉及气压测试及模拟技术领域，具体涉及一种大气参数模拟器，其旨在解决基于比例阀的压力控制方式响应速度慢、加工困难等问题。为此目的，本发明的大气参数模拟器包括：主控制模块，其用于对大气参数模拟器进行上位控制；液晶显示模块，其用于系统参数和输出结果的显示；键盘控制模块，其用于通过键盘向系统输入操作指令以便进行控制；静压及总压控制模块，其用于对静压通道和总压通道的大气参数进行控制和测量；以及气路模块，其根据静压及总压控制模块的指令实际执行大气参数的控制和测量；其特征在于气路模块利用高速开关电磁阀来执行大气参数的控制。采用本发明的大气参数模拟器，能够获得结构简单、成本低廉、响应速度快等有益效果。

权利要求

1.一种大气参数模拟器，包括：

主控制模块，其用于对所述大气参数模拟器进行上位控制；

液晶显示模块，其用于系统参数和输出结果的显示；

键盘控制模块，其用于通过键盘向系统输入操作指令以便进行控制；

静压及总压控制模块，其用于对静压通道和总压通道的大气参数进行控制和测量；以及气路模块，其根据所述静压及总压控制模块的指令实际执行大气参数的控制和测量；

其特征在于，所述气路模块利用高速开关电磁阀来执行大气参数的控制，

其中，所述气路模块包括气源、气压传感器、电磁阀以及气路通道，所述气路通道用于所述气源、气压传感器、电磁阀之间的连通，并且其中，所述气源包括压力泵和真空泵，所述气压传感器包括用于静压通道的静压控制传感器和静压主传感器以及用于总压通道的总压主传感器和差压控制传感器，并且所述电磁阀包括用于静压通道的第一和第二高速开关电磁阀以及用于总压通道的第三和第四高速开关电磁阀。

2.如权利要求1所述的大气参数模拟器，其特征在于，所述主控制模块包括与所述液晶显示模块的接口、与所述键盘控制模块的接口、与所述静压及总压控制模块的接口、IEEE488接口、RS232串口以及打印机口；并且由所述主控制模块执行的上位控制包括下列各项：键盘控制、液晶显示、大气参数转换、与静压及总压控制模块进行的通信和控制、状态显示、系统自检功能、保护功能、漏气检测功能以及故障诊断功能。

3.如权利要求2所述的大气参数模拟器，其特征在于，所述静压及总压控制模块是所述主控制模块与所述气路模块之间的电路执行机构，所述静压及总压控制模块执行的操作包括下列各项：与所述主控制模块之间进行通信，即所述主控制模块向所述静压及总压控制模块发送控制命令、数据处理运算的结果，而所述静压及总压控制模块向所述主控制模块发送状态监测信号；压力测量，即主传感器将压力测量值发送给所述静压及总压控制模块的CPU，所述静压及总压控制模块的CPU将换算后的结果发送给所述主控制模块的CPU；

压力控制，即所述静压及总压控制模块接收所述主控制模块设定的压力目标值，通过进行压力闭环控制，操纵所述气路模块产生要求的压力环境。

4.如权利要求1至3中任一项所述的大气参数模拟器，其特征在于，所述液晶显示模块用于显示静压、总压、动压、静压变化率、总压变化率、动压变化率、高度、马赫数、速度、高度变化率、速度变化率。

5.如权利要求1至3中任一项所述的大气参数模拟器，其特征在于，所述键盘控制模块用于状态改变及参数输入，并且包括参数选择键、功能选择键以及参数输入键。

说明书

大气参数模拟器

技术领域

[0001] 本发明涉及气压测试及模拟技术领域，具体涉及一种大气参数模拟器。

背景技术

[0002] 大气参数模拟器可以为航天及航空领域的飞行器提供诸如静压、总压、马赫数、空速等大气参数的模拟，尤其是航天领域对大气参数模拟器的要求更高一些，其要求高精度气压控制、较快的响应速度。现有的大气参数模拟器主要是基于压力伺服阀/比例阀的气压控制系统，该气压控制系统的优点是装置结构相对简单，具有较好的控制精度；但是相应的缺点是压力伺服阀的加工较为困难，成本很高，而且难以实现较高压力的控制，响应速度较慢。

发明内容

[0003] 本发明旨在解决上述技术问题，即克服基于压力伺服阀/比例阀的压力控制方式响应速度慢、加工困难等局限性。为此目的，本发明提供一种大气参数模拟器，该大气参数模拟器包括：主控制模块，其用于对所述大气参数模拟器进行上位控制；液晶显示模块，其用于系统参数和输出结果的显示；键盘控制模块，其用于通过键盘向系统输入操作指令以便进行控制；静压及总压控制模块，其用于对静压通道和总压通道的大气参数进行控制和测量；以及气路模块，其根据所述静压及总压控制模块的指令实际执行大气参数的控制和测量；该大气参数模拟器的特征在于，所述气路模块利用高速开关电磁阀来执行大气参数的控制。

[0004] 在优选实施方式中，所述气路模块包括气源、气压传感器、电磁阀以及气路通道，所述气路通道用于所述气源、气压传感器、电磁阀之间的连通。

[0005] 在更优选的实施方式中，所述气源包括压力泵和真空泵，所述气压传感器包括用于静压通道的静压控制传感器和静压主传感器以及用于总压通道的总压主传感器和差压控制传感器，并且所述电磁阀包括用于静压通道的第一和第二高速开关电磁阀以及用于总压通道的第三和第四高速开关电磁阀。

[0006] 在更优选的实施方式中，所述主控制模块包括与所述液晶显示模块的接口、与所述键盘控制模块的接口、与所述静压及总压控制模块的接口、IEEE488接口、RS232串口以及打印机口；并且由所述主控制模块执行的上位控制包括下列各项：键盘控制、液晶显示、大气参数转换、与静压及总压控制模块进行的通信和控制、状态显示、系统自检功能、保护(接地等)功能、漏气检测功能以及故障诊断功能。

[0007] 在更优选的实施方式中，所述静压及总压控制模块是所述主控制模块与所述气路模块之间的电路执行机构，所述静压及总压控制模块执行的操作包括下列各项：与所述主控制模块之间进行通信，即所述主控制模块向所述静压及总压控制模块发送控制命令、数据处理运算的结果，而所述静压及总压控制模块向所述主控制模块发送状态监测信号；压力测量，即主传感器将压力测量值发送给所述静压及总压控制模块的CPU，所述静压及总压控制模块的CPU将换算后的结果发送给所述主控制模块的CPU；压力控制，即所述静压及总压控制模块接收所述主控制模块设定的压力目标值，通过进行压力闭环控制，操纵所述气路模块产生要求的压力环境。

[0008] 在进一步的优选实施方式中，所述液晶显示模块用于显示静压、总压、动压、静压变化率、总压变化率、动压变化率、高度、马赫数、速度、高度变化率、速度变化率。

[0009] 在进一步的优选实施方式中，所述键盘控制模块用于状态改变及参数输入，并且包括参数选择键、功能选择键以及参数输入键。

[0010] 本发明根据飞行器飞行轨迹实物及半实物仿真和飞行器上气压高度表、马赫数表、空速表的现场条件下的各项功能和性能技术指标测试要求，充分融合高精度气压控制技术、PID闭环控制参数的整定技术、高速电磁阀驱动电路设计技术、气路系统的密封技术和大气参数模型转换技术，实现了大气参数模拟和测量，具有模拟功能强、适应性强、操作使用方便、通用性强等特点。本发明满足飞行器飞行轨迹实物及半实物仿真和飞行器上气压高度表、马赫数表、空速表的现场条件下的各项功能和性能技术指标测试要求。

[0011] 简言之，根据本发明的基于高速开关电磁阀的压力控制系统具有结构简单、成本低廉、工作可靠、便于计算机控制、可实现气路的微调和微控以及响应速度快等优点。

附图说明

[0012] 通过结合附图描述本发明的优选实施方式，本领域技术人员将能更充分地理解本发明，附图中：

[0013] 图1是根据本发明的大气参数模拟器的原理框图；

[0014] 图2是根据本发明的主控制模块的原理框图；

[0015] 图3是根据本发明的静压及总压控制模块的原理框图；

[0016] 图4是根据本发明的气路模块的原理框图。

具体实施方式

[0017] 下面对本发明的优选实施方式的描述本质上仅仅是示例性的，并非旨在限制本发明、其应用或用途。应当指出的是，尽管该优选实施方式披露了本发明的各种具体结构和细节，但是本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围不限于这些结构和细节，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域技术人员能够对这些结构和细节做出修改或等同替换，修改或替换后的实施方案也将落入本发明的保护范围之内。

[0018] 如本申请中使用的，术语“模块”意指下列各项：专用集成电路(ASIC)、电子电路、组合逻辑电路、场可编程门阵列(FPGA)、执行编码的处理器(共享的、专用的或成组的)、提供所述功能的其他适当部件；或者上述部分或所有部件的组合。术语“模块”可包括存储器(共享的、专用的或成组的)，所述存储器存储由处理器执行的编码。

[0019] 首先参阅图1，根据本发明的大气参数模拟器包括主控制模块、液晶显示模块、键盘控制模块、静压及总压控制模块和气路模块。主控制模块用于进行上位控制，其执行的操作包括但不限于下列各项：键盘响应控制、数据输出显示、大气参数转换、与静压及总压控制模块通信以便执行系统集中控制。具体而言，主控制模块向静压及总压控制模块发送控制命令、数据处理运算的结果等，而静压及总压控制模块向主控制模块发送各种状态监测信号。仅作为示例，主控制模块的显控界面为在WINCE界面下开发的人机交互界面，完成大气参数模拟器参数设置和状态显示，主控制模块与静压及总压控制模块之间通过串口通信，协议为RS232，静压及总压控制模块的核心为单片机芯片及FPGA芯片，向主控制模块发送状态监测信号。

[0020] 液晶显示模块用于系统参数和输出结果的显示。键盘控制模块用于通过键盘向系统输入操作指令以便进行控制。

[0021] 静压及总压控制模块主要用于对静压通道和总压通道的气压等参数进行控制和测量，其执行的具体操作包括但不限于下列各项：与主控制模块进行通信，如上所述，主控制模块向静压及总压控制模块发送控制命令、数据处理运算的结果，而静压及总压控制模块向主控制模块发送状态监测信号；进行压力测量，即主传感器将压力测量值发送给静压及总压控制模块的CPU，静压及总压控制模块的CPU将换算后的结果发送给主控制模块的CPU；进行压力控制，即接收主控制模块设定的压力目标值，通过执行压力闭环控制，操纵气路系统产生要求的压力环境。此处，应当指出的是，尽管图1中将静压控制模块和总压控制模块作为独立模块示出，但是在不偏离本发明的原理的情况下，静压控制模块和总压控制模块可以集成到一个单元/模块中。

[0022] 此外，气路模块是用于进行气压等参数的控制和测量的气动执行机构，其根据静压及总压控制模块的指令产生所需的压力环境。

[0023] 现在参阅图2，如上所述，主控制模块主要实现对人机界面命令的解析与处理，与静压和总压控制模块进行通信，并完成大气参数的转换。如图2所示，主控制模块包括：与液晶显示模块的接口；与键盘控制模块的接口；与静压控制模块的接口；与总压控制模块的接口；IEEE488接口；RS232串口以及打印机口等。

[0024] 主控制模块主要实现以下功能：键盘控制；液晶显示；从压力到高度、马赫数等参数的转换；与静压及总压控制模块之间进行通信和控制；状态显示，例如电磁阀的工作状态显示；系统自检功能；保护(接地等)功能；漏气检测功能；故障诊断功能等。

[0025] 液晶显示模块用于显示全机的工作状态、参数，即显示静压、总压、动压、静压变化率、总压变化率、动压变化率、高度、马赫数、速度、高度变化率、速度变化率等。

[0026] 键盘控制模块用于通过键盘对系统进行控制操作，主要用于状态改变及参数输入，其包括参数选择键、功能选择键及参数输入键等。

[0027] 接下来参阅图3，图中示出了静压及总压控制模块，所述模块是主控制模块与气路模块之间的电路执行机构，其主要实现以下功能：与主控制模块进行通信；进行压力测量；进行压力控制。当静压及总压控制模块接收到来自主控制模块的目标压力值后，控制传感器先参与环路控制，其将测量电压值Vc与CPU产生的目标电压值Vr进行比较，其差值Vo被送入PID控制环路，所产生的PID控制误差与三角波发生器进行比较，比较结果即为驱动高速电磁阀的PWM信号，该信号控制高速电磁阀进行充放气。当控制压力接近目标值时，主传感器参与环路控制。在这个闭环控制电路中，关键环节在于系统精度与响应时间的控制、PID环路设计以及PWM控制。

[0028] 最后参阅图4，图中示出了气路模块，该气路模块是用于对气压等参数进行控制和测量的气动执行机构，其包括：气源，例如压力泵和真空泵；气压传感器，例如静压控制传感器、静压主传感器、总压主传感器以及差压控制传感器；电磁阀，例如高速开关电磁阀1-4；以及气路通道，例如上述各部件之间的气路通道。仅作为示例，压力气源-即压力泵的最高压力为0.5Mpa(绝压)，真空气源-即真空泵的真空度为2.0kpa(绝压)；电磁阀为直动式电磁阀，工作压力范围为2.0kpa-0.5Mpa(绝压)；气压传感器要求为：精度0.01％FS，输出为数字量，自带温度补偿，气压范围3.5Kpa-135Kpa(静压)，3.5Kpa-350Kpa(总压)。

[0029] 具体到静压通道，当工作于控制模式下时，高速开关电磁阀1、高速开关电磁阀2用于静压通道的充放气控制，静压控制传感器和静压主传感器测量气容1(Ps)的压力值，测量结果被送入PID控制环路，然后产生PWM信号，所述PWM信号控制高速开关电磁阀1和2对气容1进行动态压力控制，当压力控制值即将接近目标值时采用控制传感器达到气路的快速响应，之后进入气路稳定时，用主传感器工作以获得满足指标要求的控制精度。类似地，当工作于控制模式下时，高速开关电磁阀3、高速开关电磁阀4用于总压通道的充放气控制，总压控制传感器和总压主传感器测量气容2(Pt)的压力值，测量结果被送入PID控制环路，然后产生PWM信号，所述PWM信号控制高速开关电磁阀3和4对气容2进行动态压力控制。

[0030] 尽管已参照优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围并不局限于这些具体实施方式，在不偏离本发明的基本原理的情况下，可以对所述实施方式以及其中的具体技术特征进行拆分、组合和改变，拆分、组合和改变后的技术方案仍将落入本发明的保护范围之内。