一種基于電動(dòng)加載的舵機(jī)負(fù)載模擬裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于機(jī)械領(lǐng)域，具體涉及一種基于電動(dòng)加載的舵機(jī)負(fù)載模擬裝置。該裝置包括四工位力矩加載通道，總體布局按照四通道十字對(duì)稱分布，四個(gè)力矩加載通道相互獨(dú)立，每個(gè)通道為一臺(tái)被測(cè)舵機(jī)提供加載；每通道包括依次相連的低慣量力矩電機(jī)、力矩傳感器、輸出軸法蘭；輸出軸法蘭與模擬舵艙相連，模擬舵艙連接有被測(cè)舵機(jī)。該裝置顯著降低了多余力對(duì)控制系統(tǒng)的影響，而且提高了加載系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，具有動(dòng)態(tài)性能高和多余力顯著降低的特點(diǎn)，滿足地面半實(shí)物試驗(yàn)中對(duì)舵機(jī)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試的實(shí)際使用要求。
【專利說(shuō)明】—種基于電動(dòng)加載的舵機(jī)負(fù)載模擬裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于機(jī)械領(lǐng)域，具體涉及一種基于電動(dòng)加載的舵機(jī)負(fù)載模擬裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]負(fù)載模擬裝置是飛行器研發(fā)過(guò)程中進(jìn)行地面大型半實(shí)物仿真必不可少的重要試驗(yàn)系統(tǒng)，也是研究和測(cè)試舵機(jī)特性的專用力矩加載設(shè)備，用于模擬導(dǎo)彈在飛行過(guò)程中作用于舵面上的氣動(dòng)力，以及舵面擺動(dòng)過(guò)程中所受的慣性力和摩擦力等載荷，從而實(shí)現(xiàn)在試驗(yàn)室環(huán)境下，考核舵機(jī)在近似實(shí)際載荷作用下的動(dòng)態(tài)性能。
[0003]現(xiàn)有負(fù)載模擬裝置按照驅(qū)動(dòng)元件的不同主要分為液壓負(fù)載模擬系統(tǒng)和電動(dòng)負(fù)載模擬系統(tǒng)兩種，液壓負(fù)載模擬系統(tǒng)選用閥控作動(dòng)缸(或液壓馬達(dá))作為加載設(shè)備的核心元件，電動(dòng)負(fù)載模擬系統(tǒng)選用電機(jī)作為加載設(shè)備的核心元件，二者存在以下不足:
[0004]I)液壓負(fù)載模擬系統(tǒng)使用時(shí)需配備能源系統(tǒng)，存在漏油、不便于維護(hù)等不足，而且由于作動(dòng)缸內(nèi)流體流量變化產(chǎn)生多余力，多余力不易控制。
[0005]2)電動(dòng)負(fù)載模擬系統(tǒng)雖然克服了液壓負(fù)載模擬系統(tǒng)漏油等固有缺點(diǎn)，維護(hù)簡(jiǎn)便、工作噪音小、無(wú)污染，適合在試驗(yàn)室環(huán)境下使用。但是現(xiàn)有電動(dòng)負(fù)載模擬系統(tǒng)多用于小載荷加載，通常采用直流電機(jī)和減速機(jī)構(gòu)的方案，由于較高的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量帶來(lái)較大的多余力，該多余力不易控制和消除，且高頻信號(hào)下多余力顯著，力矩加載與被測(cè)對(duì)象運(yùn)動(dòng)位置不能完全同步。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于電動(dòng)加載的舵機(jī)負(fù)載模擬裝置，為飛行器研制過(guò)程中研究和測(cè)試舵機(jī)特性提供一種可以模擬飛行器在飛行過(guò)程中作用于舵面上的氣動(dòng)力，以及舵面擺動(dòng)過(guò)程中所受的慣性力和摩擦力等載荷的力矩加載設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)在試驗(yàn)室環(huán)境下，考核舵機(jī)在近似實(shí)際載荷作用下的動(dòng)態(tài)性能。
[0007]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:
[0008]—種基于電動(dòng)加載的舵機(jī)負(fù)載模擬裝置，包括四工位力矩加載通道，總體布局按照四通道十字對(duì)稱分布，四個(gè)力矩加載通道相互獨(dú)立，每個(gè)通道為一臺(tái)被測(cè)舵機(jī)提供加載；每通道包括依次相連的低慣量力矩電機(jī)、力矩傳感器、輸出軸法蘭；輸出軸法蘭與模擬舵艙相連，模擬舵艙連接有被測(cè)舵機(jī)。
[0009]如上所述的一種基于電動(dòng)加載的舵機(jī)負(fù)載模擬裝置，其中:所述低慣量力矩電機(jī)位于電機(jī)座上，且與輸出軸法蘭采用整體式支座，保證同軸度；力矩傳感器通過(guò)脹緊聯(lián)軸器分別與低慣量力矩電機(jī)和輸出軸法蘭連接。
[0010]如上所述的一種基于電動(dòng)加載的舵機(jī)負(fù)載模擬裝置，其中:所述模擬舵艙位于舵機(jī)座上，舵機(jī)座和電機(jī)座均安裝在試驗(yàn)臺(tái)面上，可隨導(dǎo)軌移動(dòng)。
[0011]如上所述的一種基于電動(dòng)加載的舵機(jī)負(fù)載模擬裝置，其中:所述低慣量力矩電機(jī)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收力矩加載控制器輸出的電機(jī)驅(qū)動(dòng)指令，且電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出舵偏角給力矩加載控制器；被測(cè)舵機(jī)由舵機(jī)控制器控制，舵機(jī)控制器接收仿真計(jì)算機(jī)給出的舵機(jī)位置指令；仿真計(jì)算機(jī)還將力矩指令和位置指令發(fā)送給力矩加載控制器，力矩傳感器將力矩反饋發(fā)送至力矩加載控制器。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0013]1.該舵機(jī)負(fù)載模擬裝置采用了低慣量大扭矩電機(jī)和位置預(yù)測(cè)的電動(dòng)加載結(jié)構(gòu)，顯著降低了多余力對(duì)控制系統(tǒng)的影響，而且提高了加載系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，具有動(dòng)態(tài)性能高和多余力顯著降低的特點(diǎn)，滿足地面半實(shí)物試驗(yàn)中對(duì)舵機(jī)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試的實(shí)際使用要求。
[0014]2.該裝置選用直驅(qū)力矩電機(jī)作為加載設(shè)備的核心元件，在控制、維護(hù)和成本等方面比液壓負(fù)載模擬系統(tǒng)相比較，具有小載荷跟蹤能力強(qiáng)、加載分辨率高；系統(tǒng)特性穩(wěn)定，受環(huán)境因素影響?。患虞d結(jié)構(gòu)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，適于力矩加載；體積小、維護(hù)簡(jiǎn)便；工作噪音小、無(wú)污染，適合在試驗(yàn)室環(huán)境下使用。
[0015]3.該裝置輸出的力矩可以自定義載荷譜，可以準(zhǔn)確模擬飛行器在飛行過(guò)程中作用于舵面上的氣動(dòng)力，以及舵面擺動(dòng)過(guò)程中所受的慣性力和摩擦力等載荷，從而實(shí)現(xiàn)在試驗(yàn)室環(huán)境下，考核舵機(jī)在近似實(shí)際載荷作用下的動(dòng)態(tài)性能。
[0016]4.該裝置采用基于低慣量大扭矩直驅(qū)電機(jī)和位置預(yù)測(cè)控制算法的電動(dòng)加載技術(shù)，包括四工位加載通道，4個(gè)力矩加載通道相互獨(dú)立，每通道采用力矩指令實(shí)時(shí)采集、加載控制器進(jìn)行力矩實(shí)時(shí)加載、舵偏角連續(xù)采集、交流永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)、加載電機(jī)輸出軸與舵機(jī)輸出軸機(jī)械連接的加載控制總體方案，克服了液壓負(fù)載模擬裝置存在的漏油、不便于維護(hù)等不足。
[0017]5.本實(shí)用新型總體布局按照四通道十字對(duì)稱分布，加載輸出軸采用高精度球軸承支承，降低摩擦力矩；電機(jī)與輸出軸采用整體式支座，一次精密加工形成，精確保證電機(jī)軸與輸出軸的同軸度，避免扭矩傳感器產(chǎn)生額外力矩；力矩傳感器通過(guò)脹緊聯(lián)軸器分別與電機(jī)和輸出軸實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙連接，避免間隙對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響；所有零部件均安裝在電機(jī)座上，可隨導(dǎo)軌方便移動(dòng)；輸出軸法蘭與被測(cè)舵機(jī)之間采用高扭轉(zhuǎn)剛度的彈性連軸器連接，可補(bǔ)償輸出軸與舵機(jī)軸之間的安裝誤差。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型提供的一種基于電動(dòng)加載的舵機(jī)負(fù)載模擬裝置的總體結(jié)構(gòu)俯視圖；
[0019]圖2為本實(shí)用新型的單通道加載結(jié)構(gòu)圖；
[0020]圖3為加載控制結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖中，1.被測(cè)舵機(jī)，2.模擬舵艙，3.輸出軸法蘭，4.力矩傳感器，5.低慣量力矩電機(jī)，6.電機(jī)座，7.舵機(jī)座，8.試驗(yàn)臺(tái)面。

【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型提供的一種基于電動(dòng)加載的舵機(jī)負(fù)載模擬裝置進(jìn)行介紹:
[0023]如圖1?2所示，一種基于電動(dòng)加載的舵機(jī)負(fù)載模擬裝置，包括四工位力矩加載通道，總體布局按照四通道十字對(duì)稱分布，四個(gè)力矩加載通道相互獨(dú)立，每個(gè)通道為一臺(tái)被測(cè)舵機(jī)I提供加載；每通道包括依次相連的低慣量力矩電機(jī)5、力矩傳感器4、輸出軸法蘭3 ；輸出軸法蘭3與模擬舵艙2相連，模擬舵艙2連接有被測(cè)舵機(jī)I ;低慣量力矩電機(jī)5位于電機(jī)座6上，且與輸出軸法蘭3采用整體式支座，一次精密加工形成，精確保證同軸度，避免扭矩傳感器產(chǎn)生額外力矩；力矩傳感器4通過(guò)脹緊聯(lián)軸器分別與低慣量力矩電機(jī)5和輸出軸法蘭3實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙連接，避免間隙對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響；模擬舵艙2位于舵機(jī)座7上，舵機(jī)座7和電機(jī)座6均安裝在試驗(yàn)臺(tái)面8上，可隨導(dǎo)軌方便移動(dòng)；輸出軸法蘭3與被測(cè)舵機(jī)I之間采用高扭轉(zhuǎn)剛度的彈性連軸器連接。模擬舵艙2安裝于舵機(jī)座7上，可補(bǔ)償輸出軸與舵機(jī)軸之間的安裝誤差。
[0024]如圖3所示，四通道加載控制均相同，每通道均包含一臺(tái)力矩加載控制器，可以接收來(lái)自仿真計(jì)算機(jī)的數(shù)字式或模擬式力矩指令，并同步接收仿真計(jì)算機(jī)發(fā)給舵機(jī)的位置指令，該位置指令在力矩加載控制器內(nèi)部進(jìn)行位置預(yù)測(cè)處理；同時(shí)，力矩加載控制器實(shí)時(shí)采集力矩傳感器信號(hào)，與力矩指令形成負(fù)反饋后進(jìn)行力矩閉環(huán)控制；而且，力矩加載控制器通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采集低慣量力矩電機(jī)位置編碼器所反饋的舵偏角，并由力矩加載控制器按照用戶在上位機(jī)預(yù)先定義的載荷譜，發(fā)出舵機(jī)在當(dāng)前舵偏角下的力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)指令，并最終由工作在內(nèi)部力矩控制模式的低慣量力矩電機(jī)直接同軸施力給舵機(jī)輸出軸。
[0025]本實(shí)用新型的工作原理是:電動(dòng)加載執(zhí)行元件為低慣量大扭矩力矩電機(jī)，加載對(duì)象為舵機(jī)伺服系統(tǒng)，二者通過(guò)力矩傳感器及剛性軸系連接。在動(dòng)態(tài)加載中，舵機(jī)按照仿真計(jì)算機(jī)的位置指令動(dòng)作，加載系統(tǒng)跟隨其運(yùn)動(dòng)，并同時(shí)施加負(fù)載力矩。加載裝置必須保證按照仿真計(jì)算機(jī)定義的載荷譜指令施加力矩，加載裝置需要獲取舵機(jī)實(shí)際準(zhǔn)確的擺角位置作為施加載荷的依據(jù)。若加載裝置按照仿真計(jì)算機(jī)發(fā)送的與舵機(jī)位置指令對(duì)應(yīng)的力矩指令加載力矩，由于舵機(jī)在進(jìn)行位置閉環(huán)時(shí)存在幅值衰減和相位滯后，因此若直接使用舵機(jī)位置指令進(jìn)行加載，力矩誤差是很大的。若通過(guò)安裝于軸系的轉(zhuǎn)角傳感器進(jìn)行檢測(cè)，由于連接剛度原因會(huì)使角度測(cè)量產(chǎn)生滯后，從而會(huì)影響加載系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。由于電動(dòng)負(fù)載模擬系統(tǒng)的多余力來(lái)源與液壓負(fù)載模擬系統(tǒng)因流體流量變化產(chǎn)生多余力的原理不同，其多余力主要是由舵機(jī)角速度產(chǎn)生的粘滯力矩和由加載對(duì)象角加速度產(chǎn)生的慣性力矩。本實(shí)用新型在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，采用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載的方式，減少了中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，使得粘滯力矩可以忽略；在抑制多余力方面，選擇低慣量大扭矩力矩電機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)，并利用舵機(jī)位置預(yù)測(cè)對(duì)接收到的舵機(jī)位置指令進(jìn)行預(yù)處理，使加載系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確預(yù)知舵機(jī)的實(shí)際位置，從而實(shí)現(xiàn)按照載荷譜對(duì)舵機(jī)在每個(gè)擺角位置施加準(zhǔn)確力矩的目的。具有性能穩(wěn)定、可靠性好、耗資小、設(shè)計(jì)調(diào)試靈活等特點(diǎn)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于電動(dòng)加載的舵機(jī)負(fù)載模擬裝置，其特征在于:包括四工位力矩加載通道，總體布局按照四通道十字對(duì)稱分布，四個(gè)力矩加載通道相互獨(dú)立，每個(gè)通道為一臺(tái)被測(cè)舵機(jī)(I)提供加載；每通道包括依次相連的低慣量力矩電機(jī)(5)、力矩傳感器(4)、輸出軸法蘭(3);輸出軸法蘭(3)與模擬舵艙(2)相連，模擬舵艙(2)連接有被測(cè)舵機(jī)(I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于電動(dòng)加載的舵機(jī)負(fù)載模擬裝置，其特征在于:所述低慣量力矩電機(jī)(5)位于電機(jī)座(6)上，且與輸出軸法蘭(3)采用整體式支座，保證同軸度；力矩傳感器(4)通過(guò)脹緊聯(lián)軸器分別與低慣量力矩電機(jī)(5)和輸出軸法蘭(3)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于電動(dòng)加載的舵機(jī)負(fù)載模擬裝置，其特征在于:所述模擬舵艙(2)位于舵機(jī)座(7)上，舵機(jī)座(7)和電機(jī)座(6)均安裝在試驗(yàn)臺(tái)面(8)上，可隨導(dǎo)軌移動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一所述的一種基于電動(dòng)加載的舵機(jī)負(fù)載模擬裝置,其特征在于:所述低慣量力矩電機(jī)(5)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收力矩加載控制器輸出的電機(jī)驅(qū)動(dòng)指令，且電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出舵偏角給力矩加載控制器；被測(cè)舵機(jī)(I)由舵機(jī)控制器控制，舵機(jī)控制器接收仿真計(jì)算機(jī)給出的舵機(jī)位置指令；仿真計(jì)算機(jī)還將力矩指令和位置指令發(fā)送給力矩加載控制器，力矩傳感器(4)將力矩反饋發(fā)送至力矩加載控制器。
【文檔編號(hào)】G09B9/08GK203858778SQ201420211892
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】王躍軒, 黃玉平, 陳俊杰, 張中哲, 趙國(guó)平, 潘靜 申請(qǐng)人:北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所, 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院