空气透平试验台位移机构控制系统

　　0 引言

　　空气透平试验台位移机构控制系统是根据某集团透平核心技术试验研究平台测量探头的移动要求而研制的一款专用数控系统。空气透平试验台要求测量探头可在透平机转子的轴向和径向进行精确定位，并能绕转子旋转和绕测针杆自转，将五孔探针测得的汽缸气流压力、叶片各个位置在汽缸内所受压力等信息传递给上位机，以便实验者分析叶片密度是否均匀。故根据五孔探针的几何模型并结合机床的实际坐标结构，采用运动分析的方法确定机床坐标运动及各坐标之间的运动关系。

　　1 系统机械结构

　　根据空气透平试验台的实验要求，位移机构主要是控制测量探头(五孔探针)的运动和定位，主要包括径向运动机构(Z 轴)、测针旋转机构(C 轴)、轴向运动机构(Y 轴)、周向运动机构(X 轴)。其中，Y、Z 两个轴为直线轴，C、X 两个轴为旋转轴。Z 轴用于安装测针旋转机构的旋向滑座，控制五孔探针沿径向方面的直线运动。

　　如图1，为防止在关机后，径向运动机构在重力作用下自动下滑，在丝杠末端装有一个单向超越离合器;C 轴是旋转工作台，在运动过程中控制五孔探针沿其自身轴线的旋转运动轨迹，在0～360°范围内旋转，与控制系统形成全闭环的控制方式，实现很高的定位精度和重复定位精度;Y 轴用于安装径向运动机构的径向安装板，原理和结构与径向运动机构相同;X 轴周向运动采用开环控制的方式。

　　圆弧导轨的导向使安装在周向运动机构之上的其他机构在与试验平台同心的圆弧上运动，从而使测针指向始终穿过试验平台的中心。在周向安装座上安装有推动推杆的周向滑座，从而提供一个圆弧导轨切线方向的动力;推杆部分使切线方向动力和圆弧导轨的导向同时作用后形成了周向运动。为防止在关机后机构自动下滑，在丝杠末端安装一个电磁离合器进行制动。

　　2 系统硬件

　　如图2，系统的硬件结构框图主要包括人机界面、32 位嵌入式低功耗工业控制计算机(IPC)、轴控模块和I/O 接口模块4 个部分。嵌入式IPC 主要负责人机交互、信息集成与管理、网络控制、模块的动态装载和连接以及模块的释放、加工数据预编译和动态编译、NC 键盘预处理、与轴控模块交换数据和状态写读控制信息等。轴控模块的核心为多轴智能运动控制卡，主要负责基本开关量(零点、限位等)的检测与控制、NC 键盘信息的处理、数据粗插补与精插补、多轴运动控制、速度―位置控制、与嵌入式IPC 交换数据和状态读写控制信息等。

　　3 系统软件

　　系统软件运行在研华PCM-9375 嵌入式工业控制计算机上，采用Windows XP 操作系统。