[發明專利]一種不產生多余力矩的舵機負載模擬器

有效

• 申請號: 201610107378.0
• 申請日: 2016-02-26
• 公開（公告）號: CN105632276B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 王志勝;陸劍雷;孫俊珍
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G09B9/08
• 分類號: G09B9/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 熊玉瑋

技術領域

本發明公開了一種不產生多余力矩的舵機負載模擬器，屬于飛行器氣動載荷模擬的技術領域。

背景技術

舵機負載模擬器是在實驗室條件下對飛行器舵機進行模擬氣動載荷實驗的半實物仿真設備。負載模擬器工作在被動加載模式時，舵機主動運動會引起多余力矩，嚴重影響系統載荷譜跟蹤精度。如何補償和抑制多余力矩是負載模擬器需要解決的重要技術難題。

舵機加載按照工作方式分為主動加載和被動加載兩種方式。主動加載模擬器主要缺點如下：無論是電動加載還是液壓加載形式都會產生多余力矩，尤其在小加載梯度情況下產生的多余力矩甚至會淹沒加載信號。被動加載模擬器通常采用重量塊(或慣量塊)、撓性桿等實現方式。被動加載不需要消耗能量，不會產生多余力矩。其主要缺點：首先，重量塊(或慣量塊)為恒值載荷；其次，撓性桿工作方式雖然隨著負載以及舵偏角變化而變化，但是加載梯度恒定，不能跟蹤任意載荷譜。

通過對以上兩種舵機加載器模擬器缺點進行針對性的分析，可知現有的舵機加載模擬器中，加載電機輸出軸與舵機艙輸出軸剛性連接，舵機主動運動引起舵機艙輸出軸與加載電機輸出軸的耦合，會產生多余力矩。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述背景技術的不足，提供了一種不產生多余力矩的舵機負載模擬器，通過滑塊的壓縮或拉伸作用改變與舵機艙輸出軸剛性連接的扭轉彈簧的下扭轉剛度，反饋舵機艙輸出軸力矩給控制滑塊驅動電機的下位機進而實現加載指令的跟蹤，解決了傳統舵機模擬器產生多余力矩的技術問題。

本發明為實現上述發明目的采用如下技術方案：

一種不產生多余力矩的舵機負載模擬器，包括：通過支撐臺固定在工作臺面上的滑塊驅動電機、絲杠導軌、收到滑塊驅動電機驅動指令后在絲杠導軌上移動的滑塊、扭轉彈簧、慣量盤、減速器、力矩傳感器、控制滑塊驅動電機的下位機、與下位機通信的上位機，扭轉彈簧的一端與滑塊固定連接，扭轉彈簧的另一端與舵機艙輸出軸剛性連接，力矩傳感器、減速器、慣量盤依次安裝在舵機艙輸出軸上，力矩傳感器與舵機艙輸出軸剛性連接，

上位機傳輸加載指令至下位機，下位機啟動滑塊驅動電機，滑塊驅動電機驅動滑塊在絲杠導軌上移動，扭轉彈簧的扭轉剛度在滑塊壓縮或拉伸的作用下發生改變，舵機按照加載指令進行位置伺服運動，力矩傳感器將測量的舵機艙輸出軸力矩信號反饋給下位機，下位機反饋舵機艙輸出軸力矩信號至上位機并根據舵機艙輸出軸力矩調整滑塊驅動電機的驅動信號。

作為所述一種不產生多余力矩的舵機負載模擬器的進一步優化方案，滑塊驅動電機為永磁式直流力矩電機。

作為所述一種不產生多余力矩的舵機負載模擬器的進一步優化方案，下位機包括：微處理器及其外圍電路、模數轉換器、數模轉換器，模數轉換器輸入端接力矩傳感器輸出信號，模數轉換器輸出端和數模轉換器輸入端分別與微處理器I/O端口連接，數模轉換器輸出PWM至滑塊驅動電機控制器，微處理器通過通信端口與上位機通信。

進一步的，所述一種不產生多余力矩的舵機負載模擬器中，微處理器為STM32系列芯片，模數轉換器為AD7606芯片，數模轉換器為AD5544芯片。

作為所述一種不產生多余力矩的舵機負載模擬器的進一步優化方案，上位機采用外部中斷方式接收下位機反饋的舵機艙輸出軸力矩信號。

本發明采用上述技術方案，具有以下有益效果：

(1)不產生多余力矩：由于不采用傳統舵機負載模擬器加載電機輸出軸與舵機艙輸出軸剛性連接的方式，通過改變扭轉彈簧扭轉剛度的方式跟蹤加載指令，從原理上消除了由于舵機主動運動引起舵機艙輸出軸與加載電機輸出軸耦合所引起的多余力矩；

(2)加載精度高：由于消除了傳統舵機負載模擬器具有多余力矩的缺點，即消除了該多余力矩對加載指令要求下加載力矩的影響，因此與傳統舵機負載模擬器相比，力矩加載精度更高；

(3)動態加載帶寬高：采用被動式加載方案控制本發明的舵機負載模擬器，由于彈簧的扭轉剛度可調，動態加載時加載系統將彈簧的扭轉剛度調節在一個固定值附近，即調節彈簧長度在一個固定值附近，因此動態加載情況下，系統穩態時對滑塊驅動電機的速度要求則相對較低。

附圖說明

圖1為本發明舵機負載模擬器機械結構圖。

圖2為加載系統控制板硬件結構圖。

圖3為加載系統上位機功能模塊圖。

圖4為加載系統下位機主程序流程圖。