變推力固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)用控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種控制系統(tǒng)，尤其是涉及一種變推力固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)用控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是航天運(yùn)輸系統(tǒng)及空間飛行器推進(jìn)與操縱控制的主要?jiǎng)恿ρb置。變推力液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)可以為航天器提供可控動(dòng)力，是飛行器軌道機(jī)動(dòng)控制、空間交會(huì)對(duì)接、星球軟著陸及無大氣星球表面運(yùn)載器機(jī)動(dòng)等空間飛行和探測(cè)任務(wù)的必備推進(jìn)系統(tǒng)。液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的變推力技術(shù)在現(xiàn)代液體火箭技術(shù)發(fā)展的初期就被提了出來，在Appolol登月計(jì)劃的月球艙下降發(fā)動(dòng)機(jī)及月球車推進(jìn)系統(tǒng)上得到了成功的應(yīng)用，其后在理論與工程方面又進(jìn)行了深入的研宄并得到進(jìn)一步的發(fā)展。變推力液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)是當(dāng)今液體火箭推進(jìn)技術(shù)的重要發(fā)展領(lǐng)域。由于其推力的大范圍調(diào)節(jié)而引起工作條件的大范圍變化，使得對(duì)其分析與設(shè)計(jì)的方法與普通定推力液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)有著顯著的區(qū)別。變推力液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)最突出的技術(shù)特點(diǎn)，一是對(duì)工作條件的大范圍變化的可適應(yīng)性，二是推力控制技術(shù)；前者具體體現(xiàn)在可調(diào)汽蝕文氏管及可調(diào)環(huán)形噴注器等系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)上，后者則包括了變推力發(fā)動(dòng)機(jī)的建模、控制規(guī)律設(shè)計(jì)及數(shù)字控制實(shí)現(xiàn)技術(shù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)保證變推力發(fā)動(dòng)機(jī)在其推力變化的全范圍內(nèi)的正常工作和能量轉(zhuǎn)換效率，推力控制技術(shù)保證變推力發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性和響應(yīng)的快速性。正是推進(jìn)技術(shù)與控制技術(shù)的有機(jī)結(jié)合奠定了變推力液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)基礎(chǔ)。液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的推力是依靠將推進(jìn)劑中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為燃?xì)鈬娏鞯膭?dòng)能而獲得的。變推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的關(guān)鍵在于控制發(fā)動(dòng)機(jī)中推進(jìn)劑流量的大小，從而達(dá)到控制推力的目的。發(fā)動(dòng)機(jī)推力的控制可以通過控制其液體推進(jìn)劑的流量加以實(shí)現(xiàn)。由于流體控制技術(shù)是得到廣泛研宄和深入發(fā)展的專門技術(shù)，因而液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的推力控制已經(jīng)具備了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。正因?yàn)槿绱?，變推力液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)得到了較為廣泛的研宄與應(yīng)用。
[0003]實(shí)際進(jìn)行變推力液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)時(shí)，不僅需要對(duì)液體推進(jìn)劑的流量進(jìn)行調(diào)控，同時(shí)還需對(duì)液體推進(jìn)劑的壓力進(jìn)行調(diào)控，以滿足不同試驗(yàn)條件需求?，F(xiàn)如今，所采用的變推力液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)均較為龐大，包括液體推進(jìn)劑供給設(shè)備、供給管路、安裝在供給管路上的電動(dòng)泵及控制閥門等，相應(yīng)地對(duì)變推力液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)系統(tǒng)中各控制部件進(jìn)行監(jiān)控的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜、分布分散，接線不便，并且實(shí)際操作不便，實(shí)用性較差。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種變推力固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)用控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理、接線方便且使用操作便捷、使用效果好，能解決現(xiàn)有變推力液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)用控制系統(tǒng)存在的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、分布分散、接線不便、實(shí)際操作不便、實(shí)用性較差問題。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種變推力固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)用控制系統(tǒng)，其特征在于:包括布設(shè)在遠(yuǎn)端液體容器室內(nèi)的第一控制從站以及布設(shè)在近端控制室內(nèi)的控制主站和第二控制從站，所述控制主站與第一控制從站和第二控制從站組成主從式控制系統(tǒng)，且控制主站與第一控制從站和第二控制從站之間均通過Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行通信；
[0006]所述遠(yuǎn)端液體容器室內(nèi)裝有液體容器，所述液體容器為內(nèi)裝有試驗(yàn)用推進(jìn)劑的壓力容器且其通過供液管道與試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)連接；所述供液管道上安裝有電動(dòng)泵，所述電動(dòng)泵與變頻控制器相接，所述液體容器內(nèi)安裝有對(duì)其內(nèi)部液位進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的液位檢測(cè)單元；所述液體容器上安裝有配氣增壓系統(tǒng)，所述配氣增壓系統(tǒng)包括通過供氣管道與所述液體容器連通的氣體配送裝置和安裝在所述供氣管道上的氣體流量調(diào)節(jié)閥，所述液體容器上設(shè)置有與所述供氣管道相接的進(jìn)氣口，所述進(jìn)氣口上設(shè)置有氣體壓力檢測(cè)單元；所述供液管道的進(jìn)口上安裝有入口流量調(diào)節(jié)閥和入口壓力調(diào)節(jié)閥，所述供液管道的出口上安裝有出口壓力調(diào)節(jié)閥，所述供液管道的進(jìn)口上安裝有入口流量檢測(cè)單元和入口壓力檢測(cè)單元，且所述供液管道的出口上安裝有出口壓力檢測(cè)單元；所述入口流量調(diào)節(jié)閥、入口壓力調(diào)節(jié)閥和出口壓力調(diào)節(jié)閥均為電動(dòng)比例調(diào)節(jié)閥；
[0007]所述第一控制從站包括第一控制器以及分別與第一控制器相接的第一數(shù)字量輸入接口和第一模擬量輸入接口，所述氣體壓力檢測(cè)單元接所述第一模擬量輸入接口 ；所述液位檢測(cè)單元接變頻控制器，且液位檢測(cè)單元和變頻控制器組成對(duì)所述液體容器內(nèi)的液位進(jìn)行控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)；所述氣體流量調(diào)節(jié)閥由第一控制器控制且其與第一控制器相接;
[0008]所述第二控制從站包括第二控制器以及分別與第二控制器相接的第二數(shù)字量輸入接口和第二模擬量輸入接口；
[0009]所述控制主站包括主控制器、對(duì)入口流量調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制的第一 PID控制器、對(duì)入口壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制的第二 PID控制器、對(duì)出口壓力調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制的第三PID控制器以及分別與主控制器相接的人機(jī)操作界面、第三模擬量輸入接口、第三數(shù)字量輸入接口和數(shù)字量輸出接口，所述第一 PID控制器、第二 PID控制器和第三PID控制器均與所述數(shù)字量輸出接口相接；所述第一 PID控制器與入口流量調(diào)節(jié)閥相接，所述入口流量檢測(cè)單元接第一PID控制器；所述第二PID控制器與入口壓力調(diào)節(jié)閥相接，所述入口壓力檢測(cè)單元接第二PID控制器；所述第三PID控制器與出口壓力調(diào)節(jié)閥相接，所述出口壓力檢測(cè)單元接第三PID控制器；所述主控制器與第一控制器和第二控制器之間均通過Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行通?目;
[0010]所述入口流量檢測(cè)單元、入口壓力檢測(cè)單元和出口壓力檢測(cè)單元均與模擬量輸入接口相接，所述模擬量輸入接口為所述第二模擬量輸入接口或所述第三模擬量輸入接P ；
[0011]所述入口流量調(diào)節(jié)閥、入口壓力調(diào)節(jié)閥和出口壓力調(diào)節(jié)閥上均裝有閥門位置反饋裝置，所述入口流量調(diào)節(jié)閥、入口壓力調(diào)節(jié)閥和出口壓力調(diào)節(jié)閥上所裝的所述閥門位置反饋裝置均與數(shù)字量輸入接口相接，所述數(shù)字量輸入接口為所述第一數(shù)字量輸入接口、所述第二數(shù)字量輸入接口或所述第三數(shù)字量輸入接口。
[0012]上述變推力固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)用控制系統(tǒng)，其特征是:所述液體容器的數(shù)量為多個(gè)。
[0013]上述變推力固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)用控制系統(tǒng)，其特征是:所述液體容器內(nèi)還安裝有對(duì)其內(nèi)部所裝試驗(yàn)用推進(jìn)劑的溫度進(jìn)行檢測(cè)的溫度檢測(cè)單元，所述溫度檢測(cè)單元接所述第一模擬量輸入接口。
[0014]上述變推力固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)用控制系統(tǒng)，其特征是:所述供液管道上還安裝有電動(dòng)切斷閥，所述電動(dòng)切斷閥由主控制器控制且其與主控制器相接。
[0015]上述變推力固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)用控制系統(tǒng)，其特征是:所述控制主站還包括對(duì)電動(dòng)切斷閥進(jìn)行通斷電控制的繼電器K1，所述繼電器Kl的常開觸點(diǎn)串接在電動(dòng)切斷閥的供電回路中。
[0016]上述變推力固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)用控制系統(tǒng)，其特征是:所述控制主站還包括報(bào)警器和對(duì)所述報(bào)警器進(jìn)行通斷電控制的繼電器K2，所述繼電器K2的常開觸點(diǎn)串接在所述報(bào)警器的供電回路中。
[0017]上述變推力固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)用控制系統(tǒng)，其特征是:所述主控制器為西門子S7-300系列PLC控制器，所述第一控制器和第二控制器均為西門子PLC ET200系列接口模塊。
[0018]上述變推力固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)用控制系統(tǒng)，其特征是:所述西門子S7-300系列PLC控制器的型號(hào)為315-2DP，所述西門子PLC ET200系列接口模塊的型號(hào)為頂153_2。
[0019]上述變推力固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)用控制系統(tǒng)，其特征是:所述第一數(shù)字量輸入接口為第一數(shù)字量輸入模塊，所述第一模擬量輸入接口為第一模擬量輸入模塊；所述第二數(shù)字量輸入接口為第二數(shù)字量輸入模塊，所述第二模擬量輸入接口為第二模擬量輸入模塊；所述第三數(shù)字量輸入接口為第三數(shù)字量輸入模塊，所述第三模擬量輸入接口為第三模擬量輸入模塊，所述數(shù)字量輸出接口為數(shù)字量輸出模塊；所述第一數(shù)字量輸入模塊、第二數(shù)字量輸入模塊和第三數(shù)字量輸入模塊均為西門子SM321模塊，所述數(shù)字量輸出模塊為西門子SM322模塊，所述第一模擬量輸入模塊、第二模擬量輸入模塊和第三模擬量輸入模塊均為西門子SM331模塊。
[0020]上述變推力固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)用控制系統(tǒng)，其特征是:所述人機(jī)操作界面為觸摸顯示屏且其數(shù)量為兩個(gè)。
[0021]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0022]1、結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計(jì)合理且接線方便。
[0023]2、布設(shè)緊湊且占用體積較小，由控制主站、第一控制從站和第二控制從站