[发明专利]风洞捕获轨迹试验并联机构电机控制方案确定方法及系统

说明书

本说明书实施例提供了一种风洞捕获轨迹试验并联机构电机控制方案确定方法，该方法包括建立风洞捕获轨迹试验并联机构坐标系，根据动平台机械结构尺寸，确定各动胡克铰中心点在动平台坐标系下和静平台坐标系下的坐标，确定外挂物静平台坐标系下的目标位姿，通过空间两点距离计算确定静胡克铰中心点的位移，通过比例运算求电机位移；根据外挂物所需位移速度和欧拉角速度，求解各电机运行速度；通过拉格朗日算法计算各电机输出力；根据获得的各电机位移、运行速度和输出力，决策控制CTS并联机构方案，实现控制外挂物模型在风洞中的运动。本发明不仅有效解决了并联机构的多解问题，提高了方法的确定度，而且显著提高了计算速度。

技术领域

本发明件涉及风洞特种试验技术领域，尤其涉及一种风洞捕获轨迹试验并联机构电机控制方案确定方法及系统。

背景技术

风洞捕获轨迹试验(Captive Trajectory Simulation,CTS)是一种风洞特种试验技术，主要是研究外挂物从载机分离初始阶段的运动轨迹，模拟外挂物脱离载机之后的位置和姿态(X，Y，Z，俯仰，滚转，偏航)，为外挂物在载机上的合理布局和安全分离提供必要的试验依据。

风洞捕获轨迹试验流程为：外挂物当前位姿在风洞中受到的气动力参数可以由天平测量系统获得，依据当前外挂物受到的气动力参数以及当前的风洞状态参数，由飞行力学公式可以计算外挂物下一时刻的目标位姿，控制系统依据外挂物当前位姿和目标位姿规划运动轨迹以及运动速度，控制支撑机构运动，间接控制外挂物运动到下一时刻的目标位姿，然后天平系统测量当前位姿的气动力参数，如此循环往复，直到外挂物安全分离载机或达到其他人为设定的试验终止条件，最后结束本次风洞试验。

纵观国内外CTS试验技术发展模式，从控制方式角度分析：一般是先研究基于运动学的CTS位置控制，比如20世纪70年代左右，国内CTS研究初期，中国空气动力研究与发展中心(CARDC)2.4m风洞，中国航空工业空气动力研究院(CARIA)FL-2风洞。但随着CTS试验需求的提升，位置控制方式试验效率、运动轨迹模拟等指标满足不了飞行器试验需求，国内外又相继开展基于动力学的CTS速度控制，比如以色列飞机工业公司(IAI)的4ft暂冲式高速风洞、国内中国空气动力研究与发展中心(CARDC)2m超声速风洞等。

从CTS支撑机构机械结构角度分析：国内外风洞模拟外挂物运动的自由度数量可能不足六个,自由度之间可能存在耦合关系,某一自由度会限制另一个自由度的试验范围等,比如70年代，英国ARA的五自由度CTS支撑系统(X，Y，Z，滚转，偏航)，不能实现俯仰角与其他自由度同时变化的试验；法国莫当风洞只能实现四自由度(X，俯仰，偏航，滚转)的CTS试验等。国内风洞由于起步稍晚，基本均可以实现六自由度运行，比如中国航天空气动力技术研究院(CAAA)的FD-12风洞，中国空气动力研究与发展中心(CARDC)的2m超声速风洞，中国航空工业空气动力研究院(CARIA)的FL-2风洞等。

风洞CTS支撑机构的结构形式多种多样不尽相同，有串联式结构、并联式结构、串并混合式结构,其结构形式一般由风洞自身特性和任务需求决定。其中串联式、串并混合式因其控制简单、易实现等特点成为多数风洞的首选，国内外已发表文献所提及的CTS支撑机构，采用纯并联式结构的并不多，并联机构相对于串联机构，存在固有的优势，比如高刚度、高承载能力、结构紧凑、运动惯性小、无累积误差等，这些特性用于风洞试验，可以降低风洞阻塞比，提高风洞试验效率，提高风洞试验数据精准性等。并联机构存在众多优点但仍然很少被采纳，主要在于控制系统复杂，所涉及的并联机构驱动电机参数计算方法不够系统全面、确定度不高，控制精度以及控制时效性无法满足风洞捕获轨迹试验的需求。

发明内容

本说明书一个或多个实施例提供了风洞捕获轨迹试验并联机构电机控制方案确定方法，所述风洞捕获轨迹试验并联机构包括静平台，通过六条支链与环形动平台连接，静平台包括分别通过六台电机驱动的六条滚珠丝杠，各滚珠丝杠上设置滑块；各支链一端通过静胡克铰与滑块连接，另一端通过动滚转副和动胡克铰与动平台连接，且六个动胡克铰等间距间隔分布在动平台圆周上，动平台与外挂物模型固定连接；包括以下步骤：