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弹箭滚转控制仿真实验台的设计与实现

寻征轩，陈少松，张敏

南京理工大学动力工程学院，南京（210094）

摘要：为旋转滑翔弹风洞仿真实验设计单轴弹箭仿真实验转台，结合实际要求进行了台体

安装和控制系统的软硬件设计等工作。转台主要有弹载转轴、电磁离合器和转动精度高、具

有自锁能力的三相步进电机组成。由于风洞试验工作环境的恶劣，采用了抗干扰能力强工控

机和运动控制卡相结合的方法来控制转台系统。针对电机的驱动要求设计了多细分、高精度

的驱动电路。运用动态链接库，用可视化VisualBasic语言编写转台的控制程序，生成易操

作的可视化人机界面。最终通过性能测试得到了很好的效果。

关键词：风洞转台，步进电机，运动控制卡，弹箭滚转

引言

导弹飞行器在研制过程中，需要进行多次的靶场实验，这不仅浪费了大量的人力、物力

和财力，造成高额的研制费用，而且由于现场试验的数量和质量的限制，难以得到准确和完

整的实验数据及规律，造成研制周期的加长[1-2]。采用系统仿真技术来取代现场实验，具有

良好的可控性、无破坏性、安全性和不受气象等外界条件的影响；加之可多次重复，其经济

性是现场实验所无法比拟的。因此系统仿真，尤其是半实物仿真系统，一经产生就显示出其

强大的生命力，进而在航空航天领域和其它众多领域得到了广泛的应用和发展。

仿真测试转台作为风洞中进行半实物仿真和测试的关键硬件设备，在飞行器的研制过程

中起着极其重要的作用。转台可以真实地模拟飞行器在空间实际飞行时的各种姿态，复现其

运行时的动力学特征，从而对飞行器的制导系统、控制系统及其相应器件的性能进行反复测

试和获得实验数据，并据此对其进行重新设计和改进，达到飞行器总体设计的性能指标。

研究风洞弹箭滚转控制仿真试验台装置如图1所示。用来模拟弹体和舵机在不同来流的

情况下，平面内所受合力和摆动的情况，以测试弹体和舵机的扰动性，及其弹内舵机的DSP

（DigitalSignalProcessor）控制系统的稳定性，进而为弹体和舵机研制和改良提供可靠的数

[3-4]

据。此装置与风洞联合使用，形成了一个完整的弹箭模拟系统。

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图1仿真试验台控制装置与HG-3号风洞

1.弹箭仿真试验台控制装置

仿真试验台装置主要分为工作和监控两大部分。工作部分由步进电机、离合器和弹载支

架三部分组成；监控部分由工控机、稳压电源和监视器组成。其工作过程分为两种，一种是

在有来流的情况下，步进电机在工控机控制下进行高低速、正反转、点位或间断运动，来带

动弹载轴承支架上的弹丸转动，通过监视屏来观察弹和舵机在不同马赫数下的受力和摆动情

况；另一种是使弹和电机脱离处于悬浮状态下。

本小型单轴弹箭仿真转台由硬件和软件两大部分组成。硬件部分由三相混合式步进电

机、电磁铁离合器、弹载转轴、电机驱动器、运动控制卡和工控机组成；软件部分是用Visual

Basic语言按照测试要求编写的控制程序组成，并最终生成了易操作和友好的控制界面。

本装置有四种工作模式，分别是连续运动、点位运动、间断运动和悬浮运动。旋转滑翔

弹在旋转的时，为保持弹体的合力向上，舵角要随着弹体转角的变化而不断的变化。连续运

动主要测试弹在不同的转动速度和马赫数来流下旋转时所受合力情况；点位运动主要测试弹

在转动某个角度的情况下，舵机跟随着的旋转情况；间断运动主要测试弹在旋转的过程中让

它停留在某个角度上，舵机是否能转到理想中的位置；悬浮运动是利用电磁离合器使载弹转

轴与电机脱开，在有来流的情况下，让弹自由旋转以充分真实的模拟弹在空中飞行的情况，

而得到更加精确的舵机受力情况。

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