[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

技術領域

本發明涉及一種操縱桿驅動試驗裝置及其控制方法。

背景技術

側桿操縱機構在民用飛機上的應用是一個明顯的趨勢。相對于傳統的中央桿/盤操縱方式，側桿操縱桿具有如下優勢：重量輕、節省安裝空間、易于拆卸從而降低維護成本、降低飛行員工作負荷等。空客系列飛機駕駛艙操縱系統采用了被動式側桿機構作為橫滾、俯仰系統的操縱輸入，駕駛員通過控制側桿的橫向、縱向運動實現對飛機相關軸的控制。

側桿操縱桿的引入對側桿的試驗方法和設備也提出了新的要求。在適航驗證試驗、地面模擬試驗中，需要驅動側桿來完成側桿操縱力-位移特性試驗、頻響試驗、階躍響應試驗等項目，并且還需要進行飛行試驗中的故障復現等工作。因此需通過可控性強、精度高、穩定性好的驅動機構驅動側桿進行指定形式的運動，以滿足地面模擬試驗的要求。

現有的側桿驅動機構為單一自由度操縱桿驅動機構如圖6示例性所示，直線作動器61通過連接夾具驅動單一自由度操縱桿62進行前后運動，實現對操縱桿62的單自由度驅動。

由于側桿機構同時具有兩個軸向的運動自由度，是一種典型的二自由度操縱桿，采用傳統的單一自由度的驅動機構無法實現兩個軸向之間的耦合運動，無法驗證側桿軸向控制指令交叉耦合對飛機控制的影響。

發明內容

本發明的目的在于克服現有設計中所存在的上述缺點，提供一種新的二自由度操縱桿驅動裝置。

為了達到上述目的，本發明的操縱桿驅動試驗裝置包括有機械部分，所述機械部分提供二自由度操縱桿的安裝及運動臺架，從而使得二自由度操縱桿可靠、穩定地安裝在運動平臺上。

所述機械部分包括機械臺體、外框、內框、操縱桿夾具、應力消除機構。

機械臺體用于安裝二自由度操縱桿及內、外框。外框轉軸固定于機械臺體，所述外框的轉軸與二自由度操縱桿俯仰或者橫滾轉軸相交于二自由度操縱桿的樞轉點，優選采用圓框或者方框(包括全框和部分框)的形式，優選通過設置在外框上的外框電機驅動俯仰或者橫滾方向運動，這里所說的“俯仰”是指飛機的低頭下降(俯)、抬頭上升(仰)運動，即對應于外框的樞轉運動，“橫滾”對應于內框的樞轉擺動。內框轉軸安裝于外框，所述內框的轉軸與二自由度操縱桿橫滾(或者俯仰)轉軸相交于二自由度操縱桿的樞轉點，優選采用圓框或者方框(包括全框和部分框)的形式，優選通過設置在內框上的內框電機驅動橫滾(或者俯仰)方向運動。操縱桿夾具用以實現二自由度操縱桿與內框之間的過渡連接，操縱桿夾具與操縱桿手柄固定連接。應力消除機構采用僅有一個軸向運動自由度的連接組件，用于連接內框和操縱桿夾具，用以消除在運動過程中由機械誤差引起的內框與操縱桿夾具之間的應力，使得操縱桿夾具在內框連接處只能上下運動而不能左右運動。優選地，所述應力消除機構是由滑動軸承或滾動軸承和軸套構成的連接組件。

優選地，所述二自由度操縱桿驅動試驗裝置在所述內、外框連接處和所述外框與所述機械臺體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。

優選地，所述二自由度操縱桿驅動試驗裝置還包括測控系統，所述測控系統實現對操縱桿的二自由度控制，對操縱桿力-位移特性、輸出信號特性的檢測。所述測控系統包括上位機、控制系統和測試系統。所述機械部分與所述測控系統的結合通過電機控制器與所述內、外框電機連接實現。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，所述上位機優選采用個人計算機(PC機)。所述控制系統根據試驗要求，由自身或者外部激勵信號發出對內、外框電機的控制指令，實時采集內、外框電機的力、位移、速度反饋，對內、外框電機進行力、位移、速度閉環控制，并實現兩個電機的耦合運動，優選地，所述控制系統包括信號源、電機控制器、數/模轉換卡(D/A卡)、模/數轉換卡(A/D卡)、角度解碼器、以太網、控制應用程序。所述測試系統在二自由度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，優選地，所述測試系統包括模/數轉換卡(A/D卡)、數字量輸入輸出卡(DIO)、旋轉可變差動傳感器(RVDT)激勵/解調、測試應用程序。

本發明主要是由電腦或者上位機控制板輸入控制指令從而實現對兩個電機的控制，分別驅動二自由度操縱桿進行俯仰和橫滾方向運動，實現對操縱桿的二自由度耦合控制。其可作為一個二自由度操縱桿的驅動裝置。