闭环控制优化飞机内部结构测试

飞机上唯一没有安全带的椅子就在卫生间内，因而对其结构有着严格的安全要求。在这些狭小的空间里要保持乘客的安全需要进行大量的测试，传统上这些测试都是手动过程。Rockwell Collins公司位于华盛顿Everett的Interior Systems业务主要生产商用飞机的卫生间。在将厕所装置安装在飞机上之前，它们必须经过结构测试，以符合联邦航空管理局(FAA)与Rockwell Collins客户的指定标准要求。

Rockwell Collins的测试工程主管Jeff Whitaker说：“FAA列出了你必须满足的一些载荷情况。”

为了测试结构的完整性，Rockwell Collins的测试部门在其测试方案中同时推动或拉动一个或多个厕所表面。他们通过一系列液压缸或气压缸施加最大超过1万磅的力，通过横杠均匀作用于厕所表面。

改进控制的必要性

一直以来，Rockwell Collins的测试都是一个手动过程，操作者同时手动操作多个液压缸或气压缸。

Whitaker说：“整个测试的运行可能需要20分钟，并通过LabVIEW软件在电脑上记录结果。”

除了耗费时间之外，人为因素也会降低不同测试的精确重复性。图1a显示了手动运行4个气压缸时施加的力。其中实线显示了所需要的随着时间增加的力，而锯齿线显示了气压缸负载单元测量的实际的力。

测试部门希望更好地控制液压系统，并通过电子运动控制器解决闭环控制的要求。其优点是在测试中能保持具有一致性和可重复性的作用力。此外，如果选择了正确的运动控制器，那么相比手动系统，测试部门将能更容易操作多个液压缸。由于测试团队希望继续使用LabVIEW，所以需要选择一个能够连接运行LabVIEW的PC接口的运动控制器。

选择运动控制器

为了满足这些要求，Rockwell Collins的测试部门选择了Delta Computer Systems公司的RMC150 8轴运动控制器。该运动控制器从连接每个气缸的负载单元读取力反馈的读数。Delta运动控制器通过直接连接RMC150的比例伺服阀来精确控制力的大小。

在结构测试过程中，运动控制器会缓慢地增加每个气缸所施加的载荷，在最大载荷下保持3秒，然后减小载荷。

“到目前为止，在一个单一的测试中，我们控制的最大气缸数是9，”Whitaker说，“一个RMC150最多可控制8个轴，所以我们必须使用两个RMC150来进行测试。”

Rockwell Collins的测试系统同时拉动或推动多个卫生间表面。

调整动作

为了编程和调整动作，Rockwell Collins的团队使用了Delta Computer Systems的RMCTools开发软件。RMCTo o ls 包含的Plot Manager允许用户在系统运行时实时查看关键的运动参数。这对于调整动作很有帮助，因为可以将从传感器获得的实际值与运动程序生成的目标值进行比较，两者之间的误差可以通过调整来减少。

Whitaker说：“从图形化的显示中很容易发现问题所在。问题一旦出现就会首先出现在图形上。”

RMCTools开发包还包含图形化的Tuning Wizard软件，可简化控制环路增益的设置，以优化操作。

Delta Computer Systems公司的RMC150 8轴运动控制器

Rockwell Collins公司的测试工程师Thor Stenfjord说：“在液压和气动元件之间切换时，我们使用一组不同的增益来控制环路参数。”如图1b所示，在RMC150控制的力的曲线图中，实际施加的力能精确匹配目标力的大小（目标和实际的线发生重叠）。

可视化结果

“我们以前依靠LabVIEW来处理数据采集和控制，”Whitaker说，“现在，Delta运动控制器用来管理运动轴，LabVIEW用于数据采集。”

RMCTools的显示功能除了用于开发环境之外，在测试操作过程中作为HMI也是非常有用的。Rockwell Collins的测试操作台包括两个显示器，一个用于显示LabVIEW屏幕，另一个用于显示Delta软件生成的运动曲线图。

Whitaker总结说：“通过使用闭环控制，我们的测试操作获得了测试速度、效率、准确性和可重复性方面的优势。通过对力加载系统进行闭环控制，测试所需时间从20分钟减少到大约3分钟。”

Delta Computer Systems Inc.

www.deltamotion.com