雙向磁粉負(fù)載模擬器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能模擬各種負(fù)載信號的負(fù)載模擬裝置，屬于伺服控制及半實(shí)物仿真領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在航空航天、武器裝備等各種高精尖技術(shù)領(lǐng)域中，通常需要對驅(qū)動單元或者產(chǎn)品其他關(guān)鍵部件進(jìn)行動態(tài)測試，測試其性能以保證所設(shè)計產(chǎn)品的可靠性，并通過改進(jìn)優(yōu)化產(chǎn)品滿足產(chǎn)品對性能的要求。要保證檢測數(shù)據(jù)的可信度，必須要真實(shí)負(fù)載環(huán)境下對被測試設(shè)備檢測。但是，在真實(shí)環(huán)境中進(jìn)行產(chǎn)品檢測需要耗費(fèi)大量的人力物力，有的甚至不可實(shí)現(xiàn)，如地震波動載荷。所以需要在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下模擬所需要的負(fù)載，實(shí)現(xiàn)地面半實(shí)物仿真，對被測試物體進(jìn)行動態(tài)測試。此技術(shù)具有良好的可控性、無破壞性、全天候以及操作簡單方便、實(shí)驗(yàn)具有可重復(fù)性等優(yōu)點(diǎn)，其經(jīng)濟(jì)性是經(jīng)典自破壞性實(shí)驗(yàn)所無法比擬的。為了實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室條件下半實(shí)物的復(fù)現(xiàn)被測對象在實(shí)際工作過程中所受的動力載荷，模擬被測對象在實(shí)際工作中所受動力載荷環(huán)境，將經(jīng)典的自破壞性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為實(shí)驗(yàn)室條件下的預(yù)測研究，傳統(tǒng)的負(fù)載模擬器應(yīng)運(yùn)而生。但是傳統(tǒng)的負(fù)載模擬器一直存在很多技術(shù)難題:傳統(tǒng)負(fù)載模擬器受到被測試物體運(yùn)動干擾，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的加載性能，難以保證小力矩加載性能和高精度的動態(tài)加載;真實(shí)負(fù)載變化多樣，變化劇烈，傳統(tǒng)負(fù)載模擬器的帶寬很難滿足要求;為提高傳統(tǒng)負(fù)載模擬器性能，其控制策略復(fù)雜，控制策略通用性較差。
[0003]為了徹底消除負(fù)載模擬器的弊端，急需新的設(shè)備和技術(shù)去提高動態(tài)加載性能和加載帶寬，實(shí)現(xiàn)精確的負(fù)載模擬。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決服現(xiàn)有的負(fù)載模擬器易受到被測試物體運(yùn)動干擾，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的加載性能，難以保證小力矩加載性能、高精度和高帶寬的動態(tài)加載的問題，提供一種雙向磁粉負(fù)載模擬器。
[0005]本發(fā)明所述的雙向磁粉負(fù)載模擬器包括一號編碼器26、力矩傳感器4、力矩電機(jī)27、工控機(jī)001、D/A板卡004、一號編碼器采集卡005、一號信號調(diào)理模塊006、A/D板卡008、伺服放大器009、一號伺服驅(qū)動器010、恒流源011、一號磁粉離合器10、二號磁粉離合器13和一號軸46;
[0006]力矩電機(jī)27用于通過傳動機(jī)構(gòu)帶動二號磁粉離合器13的主動件36和一號磁粉離合器10的主動件41反向同速運(yùn)動，二號磁粉離合器13的從動件37和一號磁粉離合器10的從動件40都與一號軸46鍵連接，所述一號軸46通過兩個聯(lián)軸器為運(yùn)動的被測試電機(jī)2進(jìn)行加載，力矩傳感器4設(shè)置在所述兩個聯(lián)軸器之間，用于檢測一號軸46的力矩；
[0007]—號編碼器26用于測量力矩電機(jī)27的角位置信號，并將測得的信號發(fā)送給一號伺服驅(qū)動器010;—號編碼器采集卡005用于通過一號伺服驅(qū)動器010采集所述角位置信號，并將該角位置信號與給定信號作比較后得到控制信號，然后將該控制信號通過工控機(jī)001發(fā)送給一號信號調(diào)理模塊006;—號信號調(diào)理模塊006用于將工控機(jī)OOl發(fā)來的控制信號進(jìn)行調(diào)理后，發(fā)送給一號伺服驅(qū)動器010，以控制力矩電機(jī)27;
[0008]力矩傳感器4將檢測到的力矩信號通過A/D板卡008發(fā)送給工控機(jī)001，工控機(jī)001將該力矩信號與給定力矩信號對比后給出控制信號，D/A板卡004對該控制信號進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換后發(fā)送至伺服放大器009，伺服放大器009對DA轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行放大，并將放大后的信號發(fā)送給恒流源011，恒流源011根據(jù)接收到的信號來控制一號磁粉離合器10和二號磁粉離合器13的電流。
[0009]二號編碼器I安裝在被測試電機(jī)2的轉(zhuǎn)軸上，測得被測試電機(jī)2運(yùn)動信號傳輸?shù)蕉査欧?qū)動器007，然后工控機(jī)001通過二號編碼器采集卡002采集到運(yùn)動信號，并與給定信號作比較得出控制信號，經(jīng)過二號信號調(diào)理模塊003后傳輸給二號伺服驅(qū)動器007控制被測試電機(jī)實(shí)現(xiàn)所需運(yùn)動。在負(fù)載模擬系統(tǒng)中，工控機(jī)001通過控制力矩電機(jī)27轉(zhuǎn)動，力矩電機(jī)27通過傳動軸驅(qū)動五號齒輪31和二號齒輪42按相反方向相同速度轉(zhuǎn)動。一號齒輪9與一號磁粉離合器10的主動件通過螺釘剛性連接，三號齒輪15與二號磁粉離合器13的主動件通過螺釘剛性連接，從而一號磁粉離合器10的主動件與二號磁粉離合器13的主動件按相反方向相同速度轉(zhuǎn)動，而一號磁粉離合器1與二號磁粉離合器13的從動件全部與被測試電機(jī)2軸連接，按著被測試電機(jī)的運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動，這樣一號磁粉離合器10和二號磁粉離合器13的主動件與從動件之間產(chǎn)生速度差。當(dāng)一號磁粉離合器10和二號磁粉離合器13通電時，一號磁粉離合器10和二號磁粉離合器13的線圈產(chǎn)生磁性，磁粉在磁性的作用下產(chǎn)生磁力矩，從而將一號磁粉離合器10和二號磁粉離合器13的主動件的力矩傳遞給磁粉離合器I和磁粉離合器2的從動件，一號磁粉離合器10和二號磁粉離合器13的主動件運(yùn)動相反，這樣就實(shí)現(xiàn)了兩個方向的力矩輸出，進(jìn)而一號磁粉離合器10和二號磁粉離合器13的從動件通過鍵連接與剛性連接傳遞相反的力矩給被測試電機(jī)。其中，力矩傳感器4測得力矩信號，通過A/D板卡008傳遞給工控機(jī)001，工控機(jī)將實(shí)際力矩信號和指令信號對比，輸出控制信號控制一號磁粉離合器10和二號磁粉離合器13線圈中電流大小，進(jìn)而控制力矩大小，實(shí)現(xiàn)力矩閉環(huán)控制。
[0010]本發(fā)明的有益效果是，能夠模擬多種負(fù)載來測試驅(qū)動元件或系統(tǒng)，而且當(dāng)被測試物體主動運(yùn)動時，磁粉負(fù)載模擬器優(yōu)于傳統(tǒng)負(fù)載模擬器，把原來的被動加載轉(zhuǎn)換成主動加載，可以不受被測試物體運(yùn)動的影響，從而本發(fā)明的磁粉負(fù)載模擬器能夠以結(jié)構(gòu)緊湊、控制簡單等優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)更高精度更高頻響的動態(tài)加載。適用于對電機(jī)性能的測試。
【附圖說明】
[0011]圖1是實(shí)施方式一所述的雙向磁粉負(fù)載模擬器的系統(tǒng)原理圖，16、19、25和44均表示軸承，23表示四號齒輪33的轉(zhuǎn)軸；
[0012]圖2是實(shí)施方式一和二所述的雙向磁粉負(fù)載模擬器的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖，圖中18表示軸承，6、20、30和45表示軸承端蓋，7、11、12、14、17、21、35和48均表示固定支架，其中11和12是用于固定磁粉離合器的固定支架，14為是用于連接二號磁粉離合器13和三號齒輪15的支架，8、32和43表示套筒；
[0013]圖3是負(fù)載曲線，橫坐標(biāo)表示時間，縱坐標(biāo)表示電流大小，位于X軸上方表示給一號磁粉離合器10通電，位于X軸下方表示給二號磁粉離合器13通電；
[0014]圖4是實(shí)施方式三中的傳動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖5是實(shí)施方式四中的磁粉離合器的機(jī)械結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1至圖3說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的雙向磁粉負(fù)載模擬器包括一號編碼器26、力矩傳感器4、力矩電機(jī)27、工控機(jī)001、D/A板卡004、一號編碼器米集卡005、一號信號調(diào)理模塊006、A/D板卡008、伺服放大器009、一號伺服驅(qū)動器010、十旦流源011、一號磁粉離合器10、二號磁粉離合器13和一號軸46;
[0017]力矩電機(jī)27用于通過傳動機(jī)構(gòu)帶動二號磁粉離合器13的主動件36和一號磁粉離合器10的主動件41反向同速運(yùn)動，二號磁粉離合器13的從動件37和一號磁粉離合器10的從動件40都與一號軸46鍵連接，所述一號軸46通過兩個聯(lián)軸器為運(yùn)動的被測試電機(jī)2進(jìn)行加載，力矩傳感器4設(shè)置在所述兩個聯(lián)軸器之間，用于檢測一號軸46的力矩；
[0018]—號編碼器26用于測量力矩電機(jī)27的角位置信號，并將測得的信號發(fā)送給一號伺服驅(qū)動器010;—號編碼器采集卡005用于通過一號伺服驅(qū)動器010采集所述角位置信號，并將該角位置信號與給定信號作比較后得到控制信號，然后將該控制信號通過工控機(jī)001發(fā)送給一號信號調(diào)理模塊006;—號信號調(diào)理模塊006用于將工控機(jī)001發(fā)來的控制信號進(jìn)行調(diào)理后，發(fā)送給一號伺服驅(qū)動器010，以控制力矩電機(jī)27;
[0019]力矩傳感器4將檢測到的力矩信號通過A/D板卡008發(fā)送給工控機(jī)001，工控機(jī)001將該力矩信號與給定力矩信號對比后給出控制信號，D/A板卡004對該控制信號進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換后發(fā)送至伺服放大器009，伺服放大器009對DA轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行放大，并將放大后的信號發(fā)送給恒流源011，恒流源011根據(jù)接收到的信號來控制一號磁粉離合器10和二號磁粉離合器13的電流。
[0020]如圖1所示，采用本實(shí)施方式所述的雙向磁粉負(fù)載模擬器測試電機(jī)時，需要配合使用由二號編碼器1、二號編碼器采集卡002、二號伺服驅(qū)動器007和二號信號調(diào)理模塊003組成的被測試系統(tǒng)。在所述被測試系統(tǒng)中，工控機(jī)001將人為給定的信號經(jīng)二號信號調(diào)理模塊003處理后，發(fā)送給二號伺服驅(qū)動器007，進(jìn)而控制被測試電機(jī)2運(yùn)動，編碼器安裝在被測試電機(jī)2—端的軸端，檢測運(yùn)動信號傳輸給二號伺服驅(qū)動器007，工控機(jī)001通過二號編碼器采集卡002采集被測試電機(jī)2的運(yùn)動信號，與給定信號作比較，得出控制信號，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)，控制電機(jī)運(yùn)動規(guī)律。
[0021]其中二號信號調(diào)理模塊003和一號信號調(diào)理模塊006的原理相同，其功能是將輸入的電壓信號轉(zhuǎn)變成電流信號，并對電壓信號的值放大或縮小至需要的范圍。例如工控機(jī)001發(fā)送給二號信號調(diào)理模塊003的信號是-5到5v的電壓信號，而伺服驅(qū)動器需要的是-1OmA到1mA的電流，則二號信號調(diào)理模塊003將-5到5v的電壓信號轉(zhuǎn)換為-1OmA到1mA的電流。
[0022]在負(fù)載模擬系統(tǒng)中，一號磁粉離合器10和二號磁粉離合器13的定子線圈全部固定住。通過一號磁粉離合器10和二號磁粉離合器13輸出所需力矩。在磁粉離合器中主動件保持一直旋轉(zhuǎn)，通過改變磁粉離合器線圈中的電流，即可改變線圈磁性，進(jìn)而改變磁粉磁力矩，是從動件輸出連續(xù)可變的力矩。在一號編碼器26、力矩電機(jī)27、工控機(jī)001、一號編碼器采集卡005、一號信號調(diào)理模塊006、一號伺服驅(qū)動器010組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，力矩電機(jī)27輸出一定的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，通過傳動機(jī)構(gòu)帶動二號磁粉離合器13的主動件36和一號磁粉離合器10的主動件41以相同的轉(zhuǎn)速反向旋轉(zhuǎn)，這時只要連續(xù)改變二號磁粉離合器13的定子線圈38的通電電流，即可使二號磁粉離合器13的從動件37輸出一個方向的力矩，而連續(xù)改變一號磁粉離合器10定子線圈39中的電流，即可使一號磁粉離合器10的從動件40輸出相反方向的力矩。二號磁粉離合器13的從動件37和一號磁粉離合器10的從動件40都通過鍵連接與一號軸46，這樣便可使一號軸46可以模擬雙向的力矩負(fù)載，通過一號聯(lián)軸器3和二號聯(lián)軸器5為運(yùn)動的被測試電機(jī)2進(jìn)行加載。一號軸46上的力矩傳