[發明專利]基于直線電機驅動增力模塊的伺服作動器高動態加載裝置

有效

• 申請號: 201710079118.1
• 申請日: 2017-02-14
• 公開（公告）號: CN106640846B
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 游有鵬;榮亮;楊雪峰;游筱堃
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F15B19/00
• 分類號: F15B19/00;F15B9/03;F15B1/02
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司32218
• 代理人: 瞿網蘭

技術領域

本發明涉及一種機電液控制技術，尤其是一種基于直線電機驅動增力模塊的高動態加載方案，具體地說是一種利用直線電機驅動增力模塊實現對系列多型號伺服作動器系統或者直線舵機的動態加載測試，能夠適用于多型號、大載荷、高頻率的加載情形的一種基于直線電機驅動增力模塊的伺服作動器高動態加載裝置。

背景技術

伺服作動器是導彈制導與控制系統中的重要執行部件，其性能的好壞直接決定了導彈飛行過程中的動態品質。隨著航空航天技術的發展以及各種先進精確制導武器的研制，對伺服作動器的動靜態負載特性、剛度特性、控制特性等各項性能指標提出了越來越高的要求，而實驗測試是檢測其性能的重要環節。早期是通過全實物現場實驗對其性能進行實驗測試，這不僅造成大量人力、財力和物力的浪費，而且實驗測試次數很少，無法得到準確又完整的數據，增加了伺服作動器系統的研制周期和費用，因此促進了伺服作動器半物理實物仿真技術的產生和發展，而伺服作動器加載技術已經成為實驗室研究其性能的關鍵技術之一。

根據能源供給方式不同，目前加載方式主要有電動加載和液壓加載兩種，其中電動加載便于安裝維護、控制靈活，應用日益廣泛。以下是一些比較常見的加載系統結構及其特點：采用直流力矩電機作為加載執行機構，在結構上將力矩電機與被加載對象通過力矩傳感器連接實現較高精度的加載，但難以滿足大載荷、高頻率的加載需求；基于直流力矩電機和線性驅動器的加載方案，通過彈簧桿調節連接剛度，降低影響負載模擬器性能的多余力矩，但是彈簧桿剛度過大容易導致系統不穩定，給整個控制系統的設計和穩定性產生較大的影響，因此彈簧桿的選取顯得尤為重要；采用加速性能較好的直線電機作為力控電機，將直線電機通過力傳感器與被加載系統相連，但其輸出能力較弱，如果要求輸出較大的加載力，則需要選用較大功率的伺服電機，成本較高且無法靈活地滿足系列多型號伺服作動器系統的加載測試需求；采用力矩電機進行加載，將電機輸出的力矩通過減震彈簧桿作用到擺桿上轉化為力，最終作用于直線運動的舵機上，通過擺桿將圓周運動轉換為直線運動實現力矩-力的轉換，增加了系統的遲滯性，且系統結構較為復雜，同樣需要在跟蹤要求和抑制多余力之間尋求折衷，綜合考慮來選擇彈簧桿的剛度系數；采用伺服電機加行星減速器的機械傳動方式及力矩-力轉換裝置，將力矩轉換成相應的力輸出，實現對直線氣缸的加載，其中伺服電機和減速器內部產生的摩擦扭矩大小隨著轉速增大而增大，嚴重影響力加載精度。

發明內容

本發明的目的是針對現有的動態加載裝置存在體積大、結構復雜、響應靈敏度差等一系列問題，設計一種基于直線電機驅動增力模塊的伺服作動器高動態加載裝置，實現小位移、大推力、高頻響的動態加載控制，以方便對系列多型號伺服作動器系統的各項性能指標的測試與試驗。

本發明的技術方案是：

一種基于直線電機驅動增力模塊的伺服作動器高動態加載裝置，其特征在于利用直線加速性能良好的直線電機提高加載系統的動態特性，通過增力模塊提升直線電機的驅動力、降低成本，并通過更換其中的液壓缸改變增力倍數，靈活地滿足系列多型號伺服作動器系統不同載荷、不同頻率的加載測試需求，實現對伺服作動器或者直線舵機的高頻響、大推力的動態加載控制。

所述的加載裝置，其特征是它主要由運動控制模塊1、伺服驅動器2、直線電機3、第一連接環節4、增力模塊5、第二連接環節8、位移傳感器10、11、力傳感器12組成；運動控制模塊1采用模糊自適應PID或其它控制器(如智能控制器、常見的其它類似的閉環控制器)實現動態加載系統的力閉環控制；直線電機3的輸出軸與增力模塊5中活塞面積較小的液壓缸活塞桿一端通過連接環節4連接；所述增力模塊5由有效活塞面積較小的第一雙出桿液壓缸6、有效活塞面積較大的第二雙出桿液壓缸7、單向閥14、17、安全閥15、16、蓄壓器18組成；蓄壓器18通過單向閥14、17為油路補充油液，安全閥15、16保障油路安全；直線電機3驅動第一雙出桿液壓缸6的活塞桿運動，經過液壓油的能量傳輸與轉換，最終推動第二雙出桿液壓缸7的活塞桿運動，根據功率不變原則，將在第二雙出桿液壓缸7的活塞桿輸出端得到設定的加載力和速度；第二雙出桿液壓缸7的活塞桿通過第二連接環節8與伺服作動器液壓缸9相連；傳遞到第二雙出桿液壓缸7活塞桿上的加載信號作用于伺服作動器液壓缸9；位移傳感器10，11固定于工作臺的絕對位置；位移傳感器10、11、力傳感器12所測量的信號作為運動控制模塊1的反饋信號實現加載系統力的閉環控制，位移傳感器10，11所測量位移信號的差值為伺服作動器的位移值。

所述第一連接環節4為支耳銷釘或法蘭。