Средства реализации информационных технологий аэродинамических испытаний
Предложена реализация информациионной технологии проведения аэродинамических испытаний. Разработана структурная, функциональная схема измерительного канала, произведен расчет погрешностей и предложен метод их уменьшения путем тройного экранирования. Разработано прикладное ПО на языке assembler. Real...
Збережено в:
| Дата: | 2007 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2007
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6488 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Средства реализации информационных технологий аэродинамических испытаний / В.П. Зинченко, С.В. Зинченко, Ф.Н. Горин, В.Г. Чумаков // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2007. — № 6. — С. 89-95. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859745642922901504 |
|---|---|
| author | Зинченко, В.П. Зинченко, С.В. Горин, Ф.Н. Чумаков, В.Г. |
| author_facet | Зинченко, В.П. Зинченко, С.В. Горин, Ф.Н. Чумаков, В.Г. |
| citation_txt | Средства реализации информационных технологий аэродинамических испытаний / В.П. Зинченко, С.В. Зинченко, Ф.Н. Горин, В.Г. Чумаков // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2007. — № 6. — С. 89-95. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Предложена реализация информациионной технологии проведения аэродинамических испытаний. Разработана структурная, функциональная схема измерительного канала, произведен расчет погрешностей и предложен метод их уменьшения путем тройного экранирования. Разработано прикладное ПО на языке assembler.
Realization of information technology of aerodynamic tests conducting has been suggested. Structural, functional schemes of measuring system channel have been developed, errors calculation has been made and the way of their reduction by means of triple screening has been suggested. Application software on the assembler language has been developed.
|
| first_indexed | 2025-12-01T21:14:03Z |
| format | Article |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6 89
V.P. Zinchenko, S.V. Zinchenko,
F.N. Gorin, V.G. Chumakov
REALIZATION MEANS
FOR INFORMATION
TECHNOLOGIES FOR
AERODYNAMIC TESTS
Realization of information techno-
logy of aerodynamic tests conduc-
ting has been suggested. Structural,
functional schemes of measuring
system channel have been developed,
errors calculation has been made
and the way of their reduction by
means of triple screening has been
suggested. Application software on
the assembler language has been
developed.
Предложена реализация инфор-
мациионной технологии проведе-
ния аэродинамических испытаний.
Разработана структурная, функ-
циональная схема измерительного
канала, произведен расчет пог-
решностей и предложен метод их
уменьшения путем тройного эк-
ранирования. Разработано прик-
ладное ПО на языке assembler.
В.П. Зинченко, C.В. Зинченко,
Ф.Н. Горин, В.Г. Чумаков, 2007
УДК 681.3:519.6
В.П. ЗИНЧЕНКО, C.В. ЗИНЧЕНКО,
Ф.Н. ГОРИН, В.Г. ЧУМАКОВ
СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ
Усложнение экспериментальных исследова-
ний (ЭИ) в аэродинамических трубах (АДТ),
связанных с развитием авиации и ракетной
техники, вызывает необходимость примене-
ния быстродействующих цифровых модулей
измерения экспериментальных данных (ЭД).
Это требует выполнение модификации или
разработки новых модулей для существую-
щего оборудования АДТ для реализации ин-
формационной технологии (ИТ) весовых ис-
пытаний моделей летательных аппаратов
(МЛА) в АДТ. Разрабатываемая система по-
зволяет автоматизировать процесс контроля
измерений. Она содержит микропроцессор,
выполняющий функции сбора, хранения,
первичной обработки и передачи в персона-
льный компьютер (ПК) данных эксперимен-
та, а также управления процессом измерения.
В работе предложены средства ИТ, позво-
ляющие проводить весь комплекс работ по
отработке аэродинамических компоновок ле-
тательных аппаратов, различного вида на-
земного транспорта, ветроэнергетических
устройств и других источников энергии.
Как известно, весовые испытания в АДТ
выполняются для определения аэродинами-
ческих сил и моментов, действующих на
МЛА от внешнего потока в разных условиях
полета летательного аппарата (ЛА). Варьи-
руемые параметры число Маха, угол атаки
α и скольжения β, органы управления и ме-
ханизации крыла и другие параметры, ис-
пользующиеся при определении аэродина-
мических истинных коэффициентов. Одно-
значное соответствие между электрическими
В.П. Зинченко, С.В. Зинченко, Ф.Н. Горин, В.Г. Чумаков
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6 90
сигналами и физическими величинами обеспечивается за счет математических
моделей (ММ) аэродинамических весов механических (АВМ).
Применение ЭВМ для автоматической обработки ЭД проводилось в двух
направлениях: обработка в темпе ЭИ, где ЭД вводятся в ЭВМ и обрабатываются
в темпе ЭИ; обработка после ЭИ, когда ЭД записываются в БД, потом выполня-
ется обработка ЭД.
Это позволило получать результаты ЭИ в темпе их выполнения (пока МЛА
находиться в АДТ). Например, результаты одного опыта ЭИ могут быть получе-
ны через 3 часа.
РИС. 1. Система регистрации и обработки ЭД весовых испытаний МЛА в АДТ
Существующая система (рис. 1) устаревшая и не соответствует требовани-
ям, которые предъявляются к ИТ весовых испытаний МЛА в АДТ. Поэтому
предложено усовершенствовать АВМ путем создания тензодинамометрического
модуля (ТМ) на основе тензодинамометров (ТД). Применение ТМ позволит усо-
вершенствовать АВМ и удовлетворить такие требования к ним: обеспечение за-
данными метрологическими характеристиками при минимальном времени изме-
рений; обеспечение испытаний МЛА различного класса; возможность дистанци-
онного управления и МЛА; возможность ЭИ по заданной программе; обес-
печение одновременной регистрации и ввода ЭД в компьютер.
Рассмотренные вопросы модернизации АВМ требуют создания специально-
го устройства для ввода результатов измерений в компьютер и, удовлетворяю-
щего следующим требованиям: обладать надежностью при длительной эксплуа-
тации; не вносить дополнительных погрешностей; обеспечивать быстродейст-
вие; иметь высокую помехоустойчивость. При этом необходимо обеспечить из-
мерения трех сил и трех моментов, действующих на МЛА, которые с помощью
Панель сбора информации
Цифрующее устройство
Выход результатов
измерений
Ввод начальных
данных
Пульт
управления
ЭВМ
Схема
опроса
Преобразователь
вал - цифра
Преобразователь
вал -
-
цифра
АВМ Параметры
X Y Z Mx My Mz Р
0
Р
с
т
СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6 91
рычажной системы АВМ передаются на ТД в диапазоне 010 кГ. В модуле ТМ
в качестве первичных преобразователей использованы ТД силы Z64 фирмы
HBM с номинальным диапазоном измерения ΔFн = 10 кГ [1].
Предложена схема измерительного канала (ИК) ТМ (рис. 2), состоящая из
устройств питания ТД, представляющих собой два мощных операционных уси-
лителя (ОУ) УМ1, УМ2 которые подключаются по 4-х зажимной схеме к группе
из семи ТД.
РИС. 2. Структурная схема ИК ТМ
В качестве усилителей использованы мощные широкополосные (полоса
пропускания 300 кГц, полоса пропускания коэффициента усиления 5 МГц) ОУ
LH0101 фирмы Maxim с максимальным выходным током до 5 мА, прочным
корпусом типа ТО-3. Наличие защиты от короткого замыкания позволяет ис-
пользовать этот ОУ для управления электродвигателями постоянного и пере-
менного тока, большими емкостными нагрузками, электромагнитными вычис-
лительными механизмами. Выходная фаза исключает искажение типа "ступень-
ка" в статическом режиме при использовании малой мощности.
Для ограничения полосы шумов входного сигнала ТД и частичного подав-
ления сетевой наводки применяется RC-фильтр первого порядка.
Измерительные диагонали ТД поступают на дифференциальный мульти-
плексор (ДМ) ADG407, осуществляющий переключение ИК, и, который в свою
очередь подключен к измерительному усилителю (ИУ). Для уменьшения по-
грешности от входных синфазных напряжений в качестве ИУ применяется ИУ
AD620 (Analog Devise) содержащий три ОУ, имеющий цельную конструкцию и
обеспечивающий стабильность характеристик. Точность значения подстройки
позволяет программировать значение коэффициента усиления (до 0,15 % для
КИУ = 100) одним резистором.
Поскольку задачей ТМ является коррекция погрешности, то в его состав
включены три блока коммутации (БК), которые формируют корректирующие
величины. БК1 – это аналоговый коммутатор MAX312 (Maxim), имеющий низ-
ИУ
ОУ
ДМ
УМ 2
УМ 1
БК 3 БК 2
БК 1 И
ИОН
Микроконвертор
ADEC 824
ФНЧ
ТД ТД
ФНЧ
В.П. Зинченко, С.В. Зинченко, Ф.Н. Горин, В.Г. Чумаков
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6 92
кое сопротивление в открытом состоянии (до 10 Ом), сопротивление 1,5 Ом
в открытом состоянии при согласовании каналов и диапазон рабочих напряже-
ний от 4,5 В до 20 В.
БК3 – это источник образцового напряжения, который формирует напряже-
ние +5 В, коммутирует сигнал и создает разнополярные напряжения.
В качестве интерфейса выбран интерфейс RS-485, сочетающий скорость
преобразования (до 100 кГц) и помехозащищенность [2].
В модуле ТМ используется аддитивно-мультипликативная коррекция без
коммутации измерительной диагонали тензомоста, что позволяет уменьшить
влияние таких составляющих погрешностей как термо-ЭДС контактов, паразит-
ные токи утечки и сопротивление линии, а также все аддитивные и мультипли-
кативные погрешности ИК.
Выбор конкретных элементов модуля ТМ зависит от требований к его тех-
ническим характеристикам [3]. Наиболее важными являются такие характери-
стики: число аналоговых каналов; производительность, как всего модуля, так и
максимальная производительность для отдельных каналов; расположение изме-
рительных преобразователей (вблизи или в удалении от выходного терминала);
точность преобразования; окружение, в частности, важно знать уровень элек-
трических помех и диапазон изменения окружающей температуры; стоимость.
Одним из основных критериев при проектировании ИИС является помехо-
защищенность. Критерий помехозащищенности разрабатываемого модуля опре-
деляется необходимостью: подавления помех нормального вида (при частоте
сети 50 Гц 1 % и скорости 20 изм./с), не менее 80 дБ; подавления помех общего
вида (при частоте сети 50 Гц 1 % и разбалансировке линий связи в канале
1 кОм) не менее 140 дБ.
Эффективность интегрирования можно повысить за счет применения весо-
вых функций. Однако реализовать прецизионные весовые функции очень слож-
но [4]. Возможно, заменить весовое интегрирование нерекурсивной цифровой
фильтрацией. Но в этом случае появляются эффекты наложения при дискрети-
зации входного сигнала.
Так как в модуле ТМ применяются ТД, у которых уровень выходных на-
пряжений низкий, и существует влияние различных помех (факторы, искажаю-
щие результаты измерения) [5], целесообразно применять гальванический развя-
занный блок питания со схемой тройного экранирования [6].
Помехи во входных цепях измерительных устройств обусловлены как
внешними факторами (электромагнитные наводки, термо-ЭДС и т. д.), так и
внутренними факторами (действие импульсных помех, созданных цифровой ча-
стью, электромагнитным реле и т. д.). Существенное влияние имеет сетевая по-
меха, возникающая из-за питания измерительного устройства от промышленной
сети частотой 50 Гц.
Для борьбы с помехами общего вида используют экранирование в сочета-
нии с симметричным входом, дифференциальный усилитель, ИУ, изолирующий
СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6 93
усилитель. Наиболее эффективный метод борьбы с сетевыми помехами общего
вида тройное (защитное) экранирование.
Существует ряд мер, направленных на уменьшение помех нормального ви-
да, а именно: скручивание проводников и линий связи, магнитное и электроста-
тическое экранирование, а так же подавление помех нормального вида, присут-
ствующих на входе измерительного прибора фильтрация и интегрирование.
Структурная схема модуля ТМ построена по принципу цифровой компенса-
ции. Однако такие преимущества, как непрерывность измерительной диагонали
является одним из свойств тестовых методов; маленькое количество тестов и
линейность канала входят в достоинства метода образцовых мер; для работы с
ТД используется метод вспомогательных измерений.
Таким образом, из вышеперечисленных свойств следует, что предложенная
структурная схема (рис. 2) с цифровой компенсацией погрешности на основе ТД
является наиболее точной и построена на современной элементной базе. Основ-
ные показатели ТМ представлены в таблице.
ТАБЛИЦА
Показатель Значение
Класс точности 0,1/0,05
Быстродействие, изм./ с 4
Коэффициент подавления помех нормального вида, КНП, дБ 60
Коэффициент подавления помех общего вида, КОП, дБ 140
Наработка на отказ Т0, час. 30000
Вероятность безотказной работы за 1000 ч. Р ( t) 0,96
Коэффициент технического уровня, КТУ 6,32
Алгоритм работы прикладного ПО взаимодействия микропроцессора с мо-
дулем ТМ включает такие действия (рис. 3) [7, 8]: инициализацию; подготовку
внутренних портов к выполнению данной программы. Основная программа со-
держит подпрограмму измерения (измерение проходит в пять тактов); подпро-
грамму опроса каналов; подпрограмму подсчета результатов.
Подпрограмма измерения выполняет измерения ЭД в соответствии с такой
процедурой.
Шаг 1. Ключи коммутатора DA5 переходят в верхнее положение. Подается
напряжение питания на ТД. Опорные резисторы на коммутаторе DA6 заземля-
ются. Обеспечивается значение образцовых резисторов R0. Подключается ТД.
При этом все управляющие сигналы обнуляются. Делается пауза в 65 мс. Дается
команда АЦП определить значение выходного напряжения ИУ. Выходной код
из АЦП записывается в ОЗУ. Снимаются показания с ТД.
Шаг 2. Снимаются показания с ТД. Измеряется аддитивное смещение нуля.
В.П. Зинченко, С.В. Зинченко, Ф.Н. Горин, В.Г. Чумаков
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6 94
Начало
Подпрограмма
выдачи данных
Подпрограмма
измерений
Код = 0
Настройка
микроконтроллера
1
Код = 1
Пришла команда?
Код = 2
0
0
0
1
0
Подпрограмма
выдачи данных
1
1
2
1
2
3
Начало
Cохраняем коды в
стек
3
R4:=5
R0:=ADC_DATA
Вызов из стека кода
очередного шага
Подпрограмма
опроса каналов
Возникла ошибка
АЦП?
1
0
R4:=R4-1
R4: = 0
Подпрограмма
подсчета
результатов
Возникла ошибка?
STATUS = S_OK
Конец
0
0
1
1
4
5
РИС. 3. Алгоритм работы ПО ТМ
СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6 95
Шаг 3. Ключи коммутатора DA4 переходят в верхнее положение, чем обес-
печивается значение образцовых резисторов R0 и снимаются показания с ТД.
Шаг 4. Ключи коммутатора DA6 переходят в верхнее положение и снима-
ются показания с ТД.
Шаг 5. Ключи коммутатора DA4 переходят в верхнее положение, снимают-
ся показания с ТД и записываются в ОЗУ.
Шаг 6. Конец.
Выводы. Выполнена разработка ТМ для измерения сил и моментов, дейст-
вующих на МЛА при весовых испытаниях МЛА в АДТ, который удовлетворяет
по быстродействию, помехоподавлению и точности.
Разработана структурная, функциональная схемы измерительного канала,
произведен расчет погрешностей и предложен метод их уменьшения путем
тройного экранирования. Разработано прикладное ПО на языке assembler. Пока-
зано, что модернизация АВМ за счет применения ТМ позволяет улучшить эф-
фективность ИТ весовых испытаний МЛА в АДТ за счет улучшения точности
измерений, помехозащищенности и быстродействия, а также большего коэффи-
циента технического уровня и меньшей стоимости.
1. Зинченко В.П. Автоматизация экспериментальных исследований в аэродинамической
трубе // УСиМ. – 1989. – № 1. – С. 95 – 99.
2. Зинченко В.П., Зинченко С.В., Горин Ф.Н. и др. Программно-управляемый обмен данны-
ми в системах реального времени // Технології створення перспективних комп’ютерних
засобів та систем з використанням новітньої елементної бази. – К.: Ін-т кібернетики ім.
В.М. Глушкова НАН України, 2000. – С. 55 – 60.
3. Дубов Б.С. Многокомпонентные механические весы. – М.: ЦАГИ, 1971. – Вып. 1270. –
128 с.
4. Артвин Б.А. Сопряжение микро-ЭВМ с внешними устройствами. – М.: Машинострое-
ние, 1983. – 352 с.
5. Горлин С.М., Слезингер И.И. Аэромеханические измерения. Методы и приборы. – М.:
Наука, 1964. – 720 с.
6. Erb K., Fischer P. Digitales Kompensation sverfahren zur Verbesserung von Messfuhlen.
“Bulletin SEV / VSE”, 1989. – 80 p.
7. Куликовский К.Л., Купер В.Я. Методы и средства измерений. – М.: Энергоатомиздат,
1986. – 448 с.
8. Zinchenko V.P., Zinchenko N.P. Designing a component of information technology of strain-
gauge experimental researches // Proceedings of NAU, 2005. – N 2 (24). – P. 21 – 24.
Получено 16.07.2007
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-6488 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1817-9908 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T21:14:03Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Зинченко, В.П. Зинченко, С.В. Горин, Ф.Н. Чумаков, В.Г. 2010-03-04T14:36:09Z 2010-03-04T14:36:09Z 2007 Средства реализации информационных технологий аэродинамических испытаний / В.П. Зинченко, С.В. Зинченко, Ф.Н. Горин, В.Г. Чумаков // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2007. — № 6. — С. 89-95. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 1817-9908 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6488 681.3:519.6 Предложена реализация информациионной технологии проведения аэродинамических испытаний. Разработана структурная, функциональная схема измерительного канала, произведен расчет погрешностей и предложен метод их уменьшения путем тройного экранирования. Разработано прикладное ПО на языке assembler. Realization of information technology of aerodynamic tests conducting has been suggested. Structural, functional schemes of measuring system channel have been developed, errors calculation has been made and the way of their reduction by means of triple screening has been suggested. Application software on the assembler language has been developed. ru Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України Средства реализации информационных технологий аэродинамических испытаний Realization means for information technologies for aerodynamic tests Article published earlier |
| spellingShingle | Средства реализации информационных технологий аэродинамических испытаний Зинченко, В.П. Зинченко, С.В. Горин, Ф.Н. Чумаков, В.Г. |
| title | Средства реализации информационных технологий аэродинамических испытаний |
| title_alt | Realization means for information technologies for aerodynamic tests |
| title_full | Средства реализации информационных технологий аэродинамических испытаний |
| title_fullStr | Средства реализации информационных технологий аэродинамических испытаний |
| title_full_unstemmed | Средства реализации информационных технологий аэродинамических испытаний |
| title_short | Средства реализации информационных технологий аэродинамических испытаний |
| title_sort | средства реализации информационных технологий аэродинамических испытаний |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/6488 |
| work_keys_str_mv | AT zinčenkovp sredstvarealizaciiinformacionnyhtehnologiiaérodinamičeskihispytanii AT zinčenkosv sredstvarealizaciiinformacionnyhtehnologiiaérodinamičeskihispytanii AT gorinfn sredstvarealizaciiinformacionnyhtehnologiiaérodinamičeskihispytanii AT čumakovvg sredstvarealizaciiinformacionnyhtehnologiiaérodinamičeskihispytanii AT zinčenkovp realizationmeansforinformationtechnologiesforaerodynamictests AT zinčenkosv realizationmeansforinformationtechnologiesforaerodynamictests AT gorinfn realizationmeansforinformationtechnologiesforaerodynamictests AT čumakovvg realizationmeansforinformationtechnologiesforaerodynamictests |