[發(fā)明專利]電動負載結(jié)構(gòu)軸

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410474095.0
• 申請日: 2014-09-17
• 公開（公告）號: CN105427703A
• 公開（公告）日: 2016-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 牛譽博;臧涵暢
• 申請（專利權(quán)）人: 牛譽博
• 主分類號: G09B9/08
• 分類號: G09B9/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于負載軸領(lǐng)域，具體的是涉及一種結(jié)構(gòu)軸的改進。

背景技術(shù)

負載模擬器是硬件在環(huán)仿真中的一個重要設(shè)備，它可以在地面上驗證飛行器的舵系統(tǒng)在空氣動力載荷下的性能。負載模擬器經(jīng)歷了機械式、電液式和電動式三個發(fā)展階段。如今隨著電機性能的不斷改善和提高，電動負載模擬器可以實現(xiàn)大力矩、高精度、寬頻帶的負載模擬，逐步成為中小型加載系統(tǒng)的一個很好選擇。對于一個加載系統(tǒng)來說，加載精度和響應時間是衡量其性能好壞的關(guān)鍵。由于執(zhí)行器和被測對象通過聯(lián)軸器直接耦合，所以舵機的主動運動會致使執(zhí)行器被動跟隨舵機運動，在這個過程中就會出現(xiàn)多余力矩，而能否減小或消除多余力矩的干擾是影響系統(tǒng)性能好壞的重要因素。針對多余力矩的抑制，目前的解決方案有兩類：一類是結(jié)構(gòu)補償法是從系統(tǒng)的硬件入手，另一類是控制補償法通過控制方法抑制多余力矩。但是現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)軸難以實現(xiàn)高精度和快速響應的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明就是針對上述問題，提供一種精度高且可實現(xiàn)快速響應的一種電動負載結(jié)構(gòu)軸。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，本發(fā)明包括主控計算機、于東控制卡、伺服驅(qū)動器、采集卡、舵伺服放大器、被測舵機、旋轉(zhuǎn)編碼器、電動缸、拉壓力傳感器，其特征在于，所述主控計算機通過運動控制卡連接私服驅(qū)動器，主控計算機通過D/A轉(zhuǎn)換器連接舵伺服放大器、舵伺服放大器連接被測舵機，被測舵機還與旋轉(zhuǎn)編碼器、拉壓力傳感器相連；主控計算機通過A/D轉(zhuǎn)換器連接拉壓力傳感器，拉壓力傳感器連接電動缸。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，主控計算機通過運動控制卡連接有兩個伺服驅(qū)動器。

本發(fā)明有益效果。

本發(fā)明公開一種以直流力矩電機為執(zhí)行機構(gòu)可以同時進行扭矩和彎矩加載的電動負載模擬器，主要通過計算對機械結(jié)構(gòu)中各構(gòu)件進行設(shè)計，引入了機械最優(yōu)化設(shè)計理念，在滿足實際要求的前提下具有最好的使用性能和最低的材料消耗與制造成本，最終達到減少系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量來抑制多余力矩的目的。提高了電動負載結(jié)構(gòu)軸的精度和快速響應的功能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的電路原理圖。

具體實施方式

如圖所示，本發(fā)明包括主控計算機、于東控制卡、伺服驅(qū)動器、采集卡、舵伺服放大器、被測舵機、旋轉(zhuǎn)編碼器、電動缸、拉壓力傳感器，其特征在于，所述主控計算機通過運動控制卡連接私服驅(qū)動器，主控計算機通過D/A轉(zhuǎn)換器連接舵伺服放大器、舵伺服放大器連接被測舵機，被測舵機還與旋轉(zhuǎn)編碼器、拉壓力傳感器相連；主控計算機通過A/D轉(zhuǎn)換器連接拉壓力傳感器，拉壓力傳感器連接電動缸。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，主控計算機通過運動控制卡連接有兩個伺服驅(qū)動器。

采用力矩電機直接驅(qū)動負載來減少機械傳動機構(gòu)實現(xiàn)高精度和快速響應，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量和剛度對多余力矩的影響，并且在縮短響應時間的同時盡量減小多余力矩。

電動加載系統(tǒng)同時設(shè)計了扭矩加載單元和彎矩加載單元，可以同時給舵機施加實時變化的載荷。電動負載模擬器主要包括：主控計算機、運動控制卡、力矩電機、彈簧桿、電動缸、扭矩傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、拉壓力傳感器、舵機。其工作原理如下：（1）主控計算機是負載模擬器控制系統(tǒng)的核心，設(shè)定加載模式和加載力矩值，給出驅(qū)動信號。（2）負載扭矩由直流力矩電機提供，并由高精度扭矩傳感器檢測并配合高精度數(shù)據(jù)放大器獲得輸出扭矩信號，扭矩信號反饋到運動控制卡中形成力矩閉環(huán)控制，經(jīng)與驅(qū)動信號比較得到調(diào)節(jié)誤差，以跟蹤加載指令，完成動、靜態(tài)扭矩加載。（3）負載彎矩由伺服電動缸提供，它能夠?qū)崿F(xiàn)幾百到幾萬牛力加載，施加的推拉力由高精度拉壓力傳感器檢測，力信號反饋到運動控制卡中形成力閉環(huán)控制，以跟蹤加載指令，完成彎矩加載。（4）采用彈簧桿作為連接緩沖機構(gòu)，降低負載模擬器的連接剛度和多余力矩，減少加載轉(zhuǎn)矩的高頻分量，抑制系統(tǒng)振蕩，有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（5）舵機位置指令和轉(zhuǎn)角反饋信號分別由A/D、D/A卡產(chǎn)生和接收，實現(xiàn)舵機位置伺服控制和內(nèi)置轉(zhuǎn)角反饋信號的記錄。該位置信號將與旋轉(zhuǎn)編碼器采集的轉(zhuǎn)角信號進行比對。

為了使電動加載系統(tǒng)有著較高的加載精度和較快的響應時間，首先應該從加載系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)入手，合理選擇設(shè)計方案，確定各種參數(shù)，以期達到最佳的設(shè)計目標。減輕機械設(shè)備自重，降低材料消耗和制造成本，最重要的是提高產(chǎn)品的質(zhì)量和工作性能。本發(fā)明中的主要承力傳動部件為電機軸、工裝軸和彈簧桿。