[發明專利]控制力矩陀螺動力特性測試的裝置及方法

在審

• 申請號: 201911087652.2
• 申請日: 2019-11-08
• 公開（公告）號: CN110672129A
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 黃用華;胡敏;莊未;高振宇;趙逸舟;黃美發;鐘艷如;唐榮江;鐘永全
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G01C25/00
• 分類號: G01C25/00;G01M17/007
• 代理公司: 45107 桂林市持衡專利商標事務所有限公司
• 代理人: 黃瑋

本發明公開了一種控制力矩陀螺動力特性測試的裝置及方法，裝置的左、右力矩陀螺安裝于左、右陀螺電機的輸出軸上，左、右陀螺電機安裝于左、右進動電機的輸出軸上，左、右進動電機安裝于陀螺支撐架上，陀螺支撐架通過軸承安裝于陀螺測試臺上，陀螺支撐架左、右兩側的陀螺測試臺上均設有輸入力矩傳遞機構和制動力矩傳遞機構，進動電機輸出軸上設有測量進動角速度ω_r的增量編碼器和測量進動角度θ的絕對編碼器。本發明方法為分別記錄輸入力矩傳遞機構在提供不同主動力矩T1情況下的不同陀螺合力矩T2、進動角速度ω_r和進動角度θ，根據記錄的數據在上位機PC上繪制出T1?ω_r和T1?θ的圖形曲線，通過曲線擬合得出兩兩之間的函數關系。

技術領域

本發明涉及控制力矩陀螺特性測試技術，具體為一種控制力矩陀螺動力特性測試的裝置及方法。

背景技術

力矩陀螺動力特性在平衡車上的實際應用最有效的一個例子是美國的一家公司推出的Litmotor電動車，在其底盤處安裝有兩個力矩陀螺用于產生陀螺力矩來平衡車體的傾倒力矩，因而其最大的特點便是它絕對不會被撞翻。

控制力矩陀螺應用在兩輪全電動汽車等領域，通過以角速度ω繞其自傳軸高速自傳，同時以角速度Ω進動，依據賴柴耳定理可知，此時作用于陀螺的外力矩為M₀＝Ω×J_Zω(其中J_z是陀螺對自傳軸的轉動慣量)，而陀螺力矩M_G＝J_Zω×Ω在M_G作用下實現姿態控制調整，從而控制車體的平衡。

控制力矩陀螺在兩輪平衡車實際應用當中，想要獲得良好的控制效果，首先就要對所采用的控制力矩陀螺在調整航向、橫滾兩個姿態方位進行實驗和測試。對于控制力矩陀螺的測試結果，有些是通過模擬仿真來獲得，還有些是通過大型復雜專業測試平臺來獲得：

模擬仿真需要的硬件資源少、成本低、方便實施，但是其測試結果與實際結果還是存在一定的誤差。

采用大型復雜專業測試平臺，雖然能得到比較準確，高精度的測量結果，但是需要很多的硬件資源，消耗成本很大。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是提出了一種硬件配套資源相對較少，且能比較準確、高效地測試控制力矩陀螺在調整航向、橫滾兩個姿態方位動力特性測試的裝置及方法。

能夠解決上述技術問題的控制力矩陀螺動力特性測試的裝置，其技術方案包括左力矩陀螺和右力矩陀螺，左、右力矩陀螺分別安裝于左陀螺電機和右陀螺電機向上的輸出軸上，左、右陀螺電機分別安裝于左進動電機和右進動電機的縱向輸出軸上，左、右進動電機安裝于陀螺支撐架上，所述陀螺支撐架的左橫向轉軸和右橫向轉軸分別通過左軸承組件和右軸承組件安裝于陀螺測試臺上，所述陀螺支撐架左、右兩側的陀螺測試臺上均設有輸入力矩傳遞機構和制動力矩傳遞機構，其中：

1、各制動力矩傳遞機構包括制動力矩傳感器和力矩制動器，所述力矩制動器的轉動軸連接制動力矩傳感器的輸入軸，所述制動力矩傳感器的輸出軸連接陀螺支撐架對應的橫向轉軸。

所述力矩制動器可以有效模擬傳遞給力矩陀螺的阻抗力矩。

2、各輸入力矩傳遞機構包括電磁離合器、力矩輸入電機和輸入力矩傳感器，所述力矩輸入電機的輸出軸通過降速齒輪傳動副連接輸入力矩傳感器的輸入軸，輸入力矩傳感器的輸出軸連接電磁離合器的輸入軸，電磁離合器的輸出軸通過等速齒輪傳動副連接力矩制動器的轉動軸。

所述力矩輸入電機可以有效模擬通過齒輪傳動副傳遞給力矩陀螺的驅動力矩。

3、各進動電機的輸出軸上設有測量進動角速度的增量編碼器和測量進動角度的絕對編碼器。

優選的，所述力矩制動器采用磁粉制動器。

優選的，所述力矩輸入電機采用長條電機。