[發明專利]一種二自由度操縱桿驅動試驗裝置及其控制方法

有效

• 申請號: 201010600743.4
• 申請日: 2010-12-20
• 公開（公告）號: CN102141468A
• 公開（公告）日: 2011-08-03
• 發明（設計）人: 徐德勝;廖軍輝;金榮深;吳一欣;謝殿煌
• 申請（專利權）人: 中國商用飛機有限責任公司;中國商用飛機有限責任公司上海飛機設計研究院
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 樓仙英

1.一種二自由度操縱桿驅動試驗裝置，包括有機械部分，所述機械部分包括機械臺體(1)、外框(21)、內框(31)、操縱桿夾具(4)、應力消除機構(5)，其中，

所述機械臺體(1)用于安裝所述操縱桿(6)及所述內框(31)和所述外框(21)；

所述外框(21)可樞轉地固定于所述機械臺體(1)上，所述外框(21)的轉軸與所述操縱桿(6)的轉軸相交于所述操縱桿(6)的樞轉點；

所述內框(31)可樞轉地安裝于所述外框(21)，所述內框(31)的轉軸與所述操縱桿(6)的轉軸相交于所述操縱桿(6)的樞轉點；

所述操縱桿夾具(4)用以實現所述操縱桿與所述內框(31)之間的過渡連接，所述操縱桿夾具(4)與操縱桿手柄(7)固定連接；

所述應力消除機構(5)，用于連接所述內框(31)和所述操縱桿夾具(4)，用以消除在運動過程中由機械誤差引起的所述內框(31)與所述操縱桿夾具(4)之間的應力。

2.如權利要求1所述的二自由度操縱桿驅動試驗裝置，其特征在于，所述驅動試驗裝置在所述內框(21)與所述外框(31)的連接處和所述外框(31)與所述機械臺體(1)的連接處設置有機械止動塊，防止在所述操縱桿運動過程中產生急偏而破壞。

3.如權利要求1或2所述的二自由度操縱桿驅動試驗裝置，其特征在于，所述應力消除機構(5)是僅有一個軸向運動自由度的結構。

4.如權利要求3所述的二自由度操縱桿驅動試驗裝置，其特征在于，所述應力消除機構(5)是帶有滑動軸承和軸套或者滾動軸承和軸套的結構。

5.如權利要求1-4之一所述的二自由度操縱桿驅動試驗裝置，其特征在于，在所述外框(21)上設置有外框電機(22)，用于實現所述外框(21)的樞轉。

6.如權利要求1-5之一所述的二自由度操縱桿驅動試驗裝置，其特征在于，在所述內框(31)上設置有內框電機(32)，用于實現所述內框(31)的樞轉。

7.如權利要求1-6之一所述的二自由度操縱桿驅動試驗裝置，其特征在于，所述外框(21)、所述內框(31)采用圓框或者方框的形式。

8.如權利要求1-7之一所述的二自由度操縱桿驅動試驗裝置，其特征在于，所述二自由度操縱桿驅動試驗裝置還包括測控系統，所述測控系統包括上位機、控制系統和測試系統，其中，

所述上位機的功能包括鍵盤輸入、LCD顯示、數據通訊和電源電壓檢測、進行數據交互及遠程監控；所述控制系統由自身或者外部激勵信號發出對所述內框電機和所述外框電機的控制指令，實時采集所述內框電機和所述外框電機的力、位移、速度反饋，對所述內、外框電機進行力、位移、速度閉環控制，并實現所述內、外框電機的耦合運動；所述測試系統在所述操縱桿運動過程中，實時采集操縱桿操縱力、操縱位移、輸出電信號，并繪制試驗曲線，分析試驗結果。

9.如前述權利要求8所述的二自由度操縱桿驅動試驗裝置，其特征在于，所述上位機采用個人計算機。

10.如前述權利要求8或9所述的二自由度操縱桿驅動試驗裝置，其特征在于，所述控制系統包括信號源、內框電機控制器、外框電機控制器、模/數轉換卡、數/模轉換卡、角度解碼器、以太網、控制應用程序，所述機械部分與所述測控系統的結合通過內、外框電機控制器與所述內、外框電機連接實現。

11.如前述權利要求8-10之一所述的二自由度操縱桿驅動試驗裝置，其特征在于，所述測試系統包括模/數轉換卡、數字量輸入輸出卡、旋轉可變差動傳感器激勵/解調、測試應用程序。

12.一種二自由度操縱桿驅動試驗裝置的控制方法，所述二自由度操縱桿驅動試驗裝置被配置成如權利要求10或11所述的結構，其中，所述控制方法包括如下步驟：

a)通過信號源向外框電機控制器發送控制指令；

b)外框電機控制器將控制指令輸入至外框電機驅動器，驅動所述外框電機(22)轉動；

c)外框電機控制器根據所述外框電機(22)本身的位置傳感器經測速板后，得到所述外框電機(22)的轉速信號，將其作為外框電機轉動頻率的反饋值輸入至外框電機控制器，實現所述外框(21)的速度閉環控制；

d)外框電機控制器根據所述外框電機(22)上的角度編碼器確定所述外框(21)的位置，將其作為所述外框(21)的位置反饋信號輸入至外框電機控制器，實現所述外框(21)的位置閉環控制；

e)外框電機控制器根據所述外框電機(22)與所述外框(21)之間的扭矩傳感器，測試所述二自由度操縱桿的操縱力矩，并作為力限制保護的反饋值，實時監測所述二自由度操縱桿在運動過程中操縱力；

f)由外框電機控制器對所述外框(21)運動周期進行計數；

g)通過信號源向內框電機控制器發送控制指令；

h)內框電機控制器將控制指令輸入至內框電機驅動器，驅動所述內框電機(32)轉動；

i)內框電機控制器根據所述內框電機(32)本身的位置傳感器經測速板后，得到所述內框電機(32)的轉速信號，將其作為內框電機轉動頻率的反饋值輸入至內框電機控制器，實現所述內框(31)的速度閉環控制；

j)內框電機控制器根據角度編碼器確定所述內框(31)的位置，將其作為內框位置的反饋信號輸入至內框電機控制器，實現所述內框(31)的位置閉環控制；

k)內框電機控制器根據所述內框電機(32)與所述內框(31)之間的扭矩傳感器，測試所述二自由度操縱桿的操縱力矩，并作為力限制保護的反饋值，實時監測所述二自由度操縱桿在運動過程中的操縱力；

l)由內框電機控制器對所述內框(31)運動周期進行計數；

m)在所述二自由度操縱桿整個運動過程中，通過所述內、外框上角度編碼器及扭矩傳感器的測試值，便可得到所述二自由度操縱桿運動的操縱力、位移特性。