结构热试验中模式切换控制方法介绍

苏力德

摘 要：高超声速飞行器制造采用大量的新型材料，其中烧蚀材料的使用比例较高。针对具有烧蚀材料的结构热试验没有可重复性的特点，开发了模式切换控制技术，在正式试验中出现传感器失效等故障时启用模式切换技术，可以有效避免试验的意外中止。

关键词：结构热试验；热流控制；模式切换

中图分类号：V216 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）21-0120-02

Abstract： A large number of new materials are used in the manufacture of hypersonic vehicles， among which the proportion of ablation materials is high. In view of the fact that the thermal test of the structure with ablation material is not repeatable， the mode switching control technology is developed. When the sensor failure occurs in the formal test， the mode switching technology can be enabled to effectively avoid the accidental suspension of the test.

Keywords： structural thermal test； heat flow control； mode switching

1 概述

烧蚀材料是一种在受热环境下会发生化学反应带走热量的材料。烧蚀材料烧蚀后有些会变得膨胀松软，有些则会碳化龟裂，因此其表面无法粘贴热电偶，所以只能采取控制热流密度的方法控制加载热量。对含有烧蚀材料的试验，其中最大的难点在于：受热后的着火冒烟对传感器干扰；其次，试验没有重复性，一旦开始，不可中止；试验中热流传感器布置在热场之中受高温、火焰的灼烧，条件恶劣非常容易失效。因此针对烧蚀材料的试验的特点，需要开发新的控制方法，确保试验的顺利完成。

2 模式切换控制

模式切换是指一种控制模式与另一种控制模式之间的无扰动切换。其原理示意图如图1所示。

因为要做到无扰动切换，即输出在切换瞬间保持不变，因此在切换过程中新的切换模式的切换命令是计算得出的，通过一定运行时间转换至实际要求命令，其计算方法如式（1）所示：

Command=Cout×■+Feedback（1）

式中：Command-新生成的命令值；

Cout-控制器输出值；

FS-对应通道传感器满量程；

P-对应通道的比例参数；

Feedback -对应通道的反馈值。

模式切换后新生成的命令必须处于控制系统可识别、受认可的范围内，如果跳动过大则会造成系统报警，试验会异常中止。因此根据式（1）可知被切换的通道的两组参数中P参数均不可为零。

模式切换方法主要应用于试验应急预案中，特别是烧蚀材料试验中，将正式试验前在同试验件相同材料的小块样板上标定出来的数据编入正式试验程序中作为备用，在出现传感器失效等故障时启用模式切换技术，这样可以有效避免试验中止。常用模式切换程序如表1所示。

3 模式切换应用实例

在某型飞行器仪器舱结构热试验中，舱段含有烧蚀材料在试验中会产生烟火，对热流传感器造成强烈的干扰，且由于热流传感器布置在热场之中，因此传感器的工作环境也很恶劣，极易出现传感器失效的情况。为了降低此类含烧蚀材料结构件的热强度试验的风险，采用了当热流传感器受到强干扰或者失效时切换为试验前标定的加载功率电压的方法，有效的確保了试验的顺利完成。试验现场如图2所示。

参考文献：

[1]×××结构热试验报告[R].

[2]MTS FlexTest200 控制系统操作手册[Z].