試驗(yàn)水池拖車動力控制方案探索

張寧，王東明，董巍

（1.海軍駐上海地區(qū)艦艇設(shè)計(jì)研究軍事代表室，上海200011；2.山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所，山東青島266001）

試驗(yàn)水池拖車動力控制方案探索

張寧1，王東明2，董巍2

（1.海軍駐上海地區(qū)艦艇設(shè)計(jì)研究軍事代表室，上海200011；2.山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所，山東青島266001）

目前試驗(yàn)水池按用途主要分為流速儀檢定水槽和船模拖曳水池兩種。不管哪種形式，拖車動力控制系統(tǒng)的性能都尤為重要，為此開展了大量的研究工作。這種研究工作忽略了其通用性，往往會造成資源的浪費(fèi)。就此針對試驗(yàn)水池兩種情況通用的、簡單的動力控制方案進(jìn)行了探討。

拖車；動力控制；通用

引言

目前試驗(yàn)水池按用途主要分為流速儀檢定水槽和船模拖曳水池兩種[1]。流速儀檢定水槽主要用于在橫斷面均勻一致的直線靜水槽中，以各種穩(wěn)定速度牽引流速儀，測定檢定車的速度和流速儀轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在流速儀檢定行業(yè)的廣泛應(yīng)用，尤其是國家BG/T 21699—2008《直線明槽中轉(zhuǎn)子式流速儀的檢定方法》以及GB/T 11826—2002《轉(zhuǎn)子式流速儀》國家標(biāo)準(zhǔn)的出臺，人們對流速儀檢定設(shè)備以及測流設(shè)備的可靠性和自動化程度的要求越來越高[2]。而船模拖曳水池是水動力學(xué)試驗(yàn)的一種設(shè)備，是用船舶模型試驗(yàn)方法來了解艦船的運(yùn)動、航速、推進(jìn)功率及其他性能的試驗(yàn)水池，主要完成船模阻力、敞水和自航試驗(yàn)及三向度的伴流測量，其拖車動力控制系統(tǒng)嚴(yán)重影響試驗(yàn)的重復(fù)性、正確性和可靠性。因此試驗(yàn)水池拖車動力控制系統(tǒng)的性能越發(fā)重要，為此開展了大量的研究工作，而實(shí)際上兩種用途的試驗(yàn)水池拖車控制系統(tǒng)有通用性。本文就試驗(yàn)水池兩種情況通用的、簡單的動力控制方案進(jìn)行了探討。

1 拖車動力及控制系統(tǒng)方案

把一條長100m、寬2.5m、深3m的試驗(yàn)水池同時(shí)作為流速儀檢定水槽和船模拖曳水池，這就需要可以加速快、制動快、進(jìn)入穩(wěn)態(tài)快、狀態(tài)穩(wěn)定、穩(wěn)態(tài)時(shí)間長的動力控制系統(tǒng)。針對這種情況拖車車載動力控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)有兩組伺服電機(jī)，分別用于提供拖車動力和控制水下儀器姿態(tài)，分別可以稱之動力及速度控制電機(jī)和旋轉(zhuǎn)軸控制電機(jī)。

2 拖車伺服電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

拖車車載控制系統(tǒng)主要是控制拖車的運(yùn)行速度和運(yùn)行距離。為達(dá)到加速快、制動快、進(jìn)入穩(wěn)態(tài)快、狀態(tài)穩(wěn)定、穩(wěn)態(tài)時(shí)間長的效果，采用三菱伺服MELSERVO-J3系列，通過可編程控制器來控制MR-J3-11KB交流伺服放大器，將控制信號傳遞給HA-LP11K2伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)行車運(yùn)行控制。另外，可編程控制器控制MR-J3-350B交流伺服放大器，將控制信號傳遞給HF-SP352B伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)測桿旋轉(zhuǎn)控制。

伺服系統(tǒng)內(nèi)部通過光纖采用以太網(wǎng)通信，伺服系統(tǒng)與上位機(jī)之間采用以太網(wǎng)進(jìn)行通信。MR-J3系列伺服電機(jī)采用18位分辨率為262144脈沖/r的絕對位置編碼器，進(jìn)行高精度閉環(huán)運(yùn)動控制。在伺服放大器內(nèi)裝有電池，構(gòu)成絕對位置檢測系統(tǒng)，只需進(jìn)行一次原點(diǎn)設(shè)定，在電源開啟和報(bào)警發(fā)生時(shí)就不再需要原點(diǎn)回歸?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

在試驗(yàn)水池外側(cè)安裝有3組接近開關(guān)，分別為左減速、右減速和原點(diǎn)，接近開關(guān)的動作信號引入到伺服系統(tǒng)可編程控制器中，用于啟動相應(yīng)的保護(hù)動作。

3 車載操控臺及上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

拖車上配有操控臺，操控臺內(nèi)部用于放置操控伺服電機(jī)系統(tǒng)的可編程控制器和硬盤錄像機(jī)。操控臺表面設(shè)計(jì)有控制按鈕、信息指示燈、通訊接口、電源及接線端子。操控臺動力控制操作面板示意圖如圖2所示，其功能見表1。

圖2 操控臺電機(jī)控制操作面板示意圖

表1 操控臺按鈕功能表

4 結(jié)語

經(jīng)過試驗(yàn)計(jì)算，在最高測速指標(biāo)為4m/s時(shí)，該拖車動力及控制系統(tǒng)可為試驗(yàn)提供的穩(wěn)定段和測量段長度為75m，可以滿足流速儀檢定水槽和小型船模拖曳水池的試驗(yàn)要求[3]。

[1]尤小華.海洋試驗(yàn)水槽設(shè)計(jì)方案的研究[J].山東科學(xué),2000(9):54-57.

[2]李琛等.濰坊流速儀檢定水槽升級技術(shù)改造[J].海洋通報(bào),1999 (2):83-87.

[3]全國船舶標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.一般排水量船模阻力試驗(yàn)規(guī)程及結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)形式：CB-Z 326—1982[S].北京:中國船舶及海岸工程設(shè)計(jì)研究院,1982:2-6.

（編輯：賈娟）

On Trailer Power Control Scheme in W ater Basin for Experiment

Zhang Ning1,W ang Dongm ing2,Dong W ei2
(1.M ilitary Representative Office of Shanghai Navy Ship Design and Research,Shanghai200011; 2.Institute of Oceanographic Instrumentation,Shandong Academy of Sciences,Qingdao Shandong 266001)

At present,the water basin for experiment ismainly divided into two types:flow meter test flume and ship model towing tank. In any form,the performance of power control system in trailer is particularly important.So a lot of research work has been carried out. This kind of research work has neglected its generality,which may often cause the waste of resources.A general and simple power control scheme is discussed in two cases of thewater basin for experiment.

trailer;power control;general

TB535.1

A

2095-0748(2016)23-0035-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.23.16

2016-11-20

國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863）計(jì)劃，基金編號：2012AA091801；山東省自然基金（ZR 2012DL11）

張寧（1968—），男，江蘇無錫人，碩士，高級工程師，研究方向：艦船設(shè)計(jì)審查。