專利名稱：海面陣風(fēng)力加載器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型海面陣風(fēng)カ加載器涉及ー種負(fù)載模擬器，特別是ー種對海面艦船上的承載對象施加模擬陣風(fēng)干擾負(fù)載，用以檢測和分析承載對象的性能的カ加載器。
背景技術(shù)：
海面上陣風(fēng)的吹力是艦船甲板上搖擺運動設(shè)備的主要外部干擾負(fù)載，在地面模擬 陣風(fēng)干擾カ負(fù)載對于檢測承載對象的性能有著重要意義；也可以用做實物在回路仿真實驗中的物理效應(yīng)設(shè)備，復(fù)現(xiàn)運動對象的各種載荷，起到提高仿真逼真度的目的。負(fù)載加載分為主動加載和被動加載，尤其是被動加載，由于承載對象搖擺運動導(dǎo)致的多余力嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常工作和負(fù)載模擬目的。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供ー種海面陣風(fēng)カ加載器，在實驗室條件下模擬陣風(fēng)干擾負(fù)載，檢測和分析承載對象的性能，實現(xiàn)輸出端承載對象的高精度直線位移運動和加載カ的精確控制。海面陣風(fēng)カ加載器是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的海面陣風(fēng)カ加載器包括電動執(zhí)行機構(gòu)和控制系統(tǒng)。電動執(zhí)行機構(gòu)包括加載器臺體組件、直流カ矩電機、測速電機、滾珠絲桿、直線電位器、拉壓カ傳感器和承載對象。加載器臺體組件包括基座、軸承座、軸承、主軸、支承軸、接長軸、墻板、電機安裝座和螺紋轉(zhuǎn)接件，所述的墻板包括墻板ー和墻板ニ，墻板ー和墻板二相互平行并通過螺釘垂直固定在基座上，軸承座通過連接支承軸ー和支承軸ニ豎立在墻板中間，支承軸ー和支承軸二分別通過螺釘固定在墻板ー和墻板ニ上；軸承的外圈固定在軸承座內(nèi)的前端，軸承的內(nèi)圈與主軸的中間端緊固；直流カ矩電機的內(nèi)法蘭與主軸后端連接，直流力矩電機外法蘭固定在軸承座內(nèi)的后端，直流力矩電機后部安裝有測速電機；接長軸通過螺釘與直流力矩電機的內(nèi)法蘭一起安裝在主軸后端，測速電機的內(nèi)法蘭通過螺釘安裝在接長軸上，測速電機的外法蘭固定在電機安裝座上；電機安裝座通過螺釘與直流力矩電機的外法蘭一起固定在軸承座內(nèi)的后端；滾珠絲桿穿過主軸中心,滾珠絲桿的法蘭面通過螺釘固定在主軸前端，滾珠絲桿后外接螺紋轉(zhuǎn)接件，螺紋轉(zhuǎn)接件后接拉壓カ傳感器，拉壓カ傳感器通過球形軸頭與承載對象連接；直線電位器通過螺釘固定在軸承座上端，通過連桿與滾珠絲桿連接?？刂葡到y(tǒng)包括功率放大器、控制計算機、控制模板、數(shù)字通訊接口和控制回路，控制系統(tǒng)安裝在儀表機柜內(nèi)，功率放大器安裝在儀表機柜底板上，控制計算機安裝在儀表機柜側(cè)板中間，功率放大器與控制計算機連接，直流力矩電機的輸出信號與功率放大器連接，直線電位器的輸出信號與控制計算機連接。海面陣風(fēng)カ加載器的控制由控制計算機來實現(xiàn)，直線電位器輸出的模擬信號傳給控制計算機，控制計算機根據(jù)給定值與直線電位器輸出的模擬信號比較并綜合后發(fā)出控制指令，其輸出的電壓作為直流力矩電機的功率放大器的輸入信號進入功率放大器，功率放大器的輸出端與直流カ矩電機相連，通過控制直流力矩電機的電樞電壓來控制直流力矩電機的轉(zhuǎn)動?？刂颇０宀捎肈SP數(shù)字控制模板，DSP數(shù)字控制模板安裝在控制計算機里，數(shù)字通訊接ロ安裝在控制計算機上，DSP數(shù)字控制模板構(gòu)成主動式和被動式カ加載系統(tǒng)，DSP數(shù)字控制模板通過數(shù)字通訊接ロ從承載對象獲得實時的被加載體運動規(guī)律，從而通過控制回路以數(shù)字控制方式實現(xiàn)模擬海面陣風(fēng)カ的加載控制?？刂苹芈肪哂心M控制回路和數(shù)字控制回路，模擬控制回路由電流環(huán)和速度環(huán)構(gòu)成，數(shù)字控制回路包括位置環(huán)、力環(huán)和前饋補償環(huán)節(jié)，主要由基于DSP設(shè)計的控制器實現(xiàn)。所述的DSP數(shù)字控制模板采用市售的DSP28335數(shù)控模板。海面陣風(fēng)カ加載器的控制方法包括如下對于驅(qū)動元件為直流力矩電機的カ加載器系統(tǒng)，其本質(zhì)是ー個電動位置和速度閉環(huán)控制系統(tǒng)。本實用新型電機控制系統(tǒng)包括電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)、力反饋和前饋補償，構(gòu)成“四環(huán)”反饋加前饋補償?shù)目刂?。電流環(huán)是由 功率放大器內(nèi)部物理實現(xiàn)的，功率放大器中采用了電流環(huán)校正控制以増大直流力矩電機的頻率響應(yīng)范圍；速度環(huán)是在電流環(huán)的基礎(chǔ)上，加入速率反饋構(gòu)成，由控制器擴展模擬電路物理實現(xiàn)，速率反饋以執(zhí)行機構(gòu)中的測速電機反饋為準(zhǔn)。位置環(huán)是在速率環(huán)的基礎(chǔ)上，加入位置反饋構(gòu)成，執(zhí)行機構(gòu)中的高精度直線電位器作為位移反饋，采集的與絲桿位移成比例關(guān)系的電壓信號，經(jīng)A/D采樣成數(shù)字量進入控制器，控制器輸出的電壓作為直流力矩電機的功率放大器的輸入信號,功率放大器輸出接至直流カ矩電機,通過控制直流カ矩電機的電樞電壓來控制直流力矩電機的轉(zhuǎn)動。カ環(huán)是在位置環(huán)的基礎(chǔ)上，加入力反饋構(gòu)成，執(zhí)行機構(gòu)中的拉壓カ傳感器作為カ反饋，測出由于絲桿輸出位移與承載對象運動不同步產(chǎn)生的弾性形變カ(即加載力)，調(diào)理后也經(jīng)A/D采樣成數(shù)字量力反饋值進入控制器，控制器對控制計算機給定加載指令與力反饋值進行比較，再與位置反饋值比較后，輸出控制電壓，進入模擬控制回路，經(jīng)過速度環(huán)和電流環(huán)，通過伺服功放控制直流力矩電機的電樞電壓來控制其轉(zhuǎn)動，再由減速傳動機構(gòu)帶動絲桿進行直線位移運動，對カ傳感器后的承載對象實施カ加載，構(gòu)成完整的控制回路。本實用新型的工作原理海面陣風(fēng)カ加載器以直流力矩電機為拖動裝置，后部安裝測速電機作為速率反饋傳感器，直流カ矩電機增大力矩帶動滾珠絲桿進行前后運動，將角度運動轉(zhuǎn)換成線性位移運動，滾珠絲桿同時帶動高精度直線電位器運動，作為位置反饋傳感器，滾珠絲桿后外接拉壓カ傳感器，拉壓カ傳感器通過球形軸頭與承載對象連接，當(dāng)絲桿輸出位移與承載對象運動不同步時，加載カ沿絲桿軸線輸出加載到承載對象上。本實用新型的優(yōu)點a)采用“四環(huán)”反饋加主動前饋補償?shù)目刂品桨冈O(shè)計了海面陣風(fēng)カ加載器的控制系統(tǒng)，仿真和測試結(jié)果表明該カ加載器能夠在地面模擬復(fù)現(xiàn)海面陣風(fēng)的干擾カ，加載精度滿足技術(shù)指標(biāo)要求。b)以直流カ矩電機為拖動動力，其特點是可堵轉(zhuǎn)輸出，カ矩大,空載轉(zhuǎn)速高,具有一定的過載能力，扭矩重量比大，還具有反應(yīng)速度快、外特性線性度好、諧振頻率高等優(yōu)點，從而能滿足カ加載器的加載カ和動態(tài)精度的要求；c)力加載器采用ニ點裝夾方式固定在基座上，通過球形軸頭與被加載體連接，カロ載カ沿滾珠絲桿軸線輸出；d)采用硬鋁合金材料為加載器的外売，以盡減輕其重量，并保證足夠的強度和剛度；[0015]e)采用高精度直線電位器作為位移反饋，靈敏度達(dá)到2.00005mv/v，精度達(dá)到
0.05%F. S，從而保證主動加載土 1%、被動加載±2%的加載精度。以拉壓カ傳感器為カ反饋裝置，并通過串行接ロ從控制計算機獲得被加載體的運動角度信號，通過控制計算機系統(tǒng)以數(shù)字控制方式實現(xiàn)加載カ的精確控制。

以下將結(jié)合附圖對本實用新型作進ー步說明圖I是カ加載器的縱剖面圖。圖2是圖I力加載器的左視剖面圖。圖3是カ加載器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖中1、球形軸頭，2、拉壓カ傳感器，3、螺紋轉(zhuǎn)接件，4、連桿，5、滾珠絲桿，6、主軸，
7、軸承座，8、導(dǎo)軌，9、軸承，10、直線電位器，11、直流カ矩電機，12、電機安裝座，13、接長軸，14、測速電機，15、導(dǎo)向桿，16A、墻板一，16B、墻板ニ，17A、支承軸一，17B、支承軸ニ，18、基座。
具體實施方式
參照附圖f 3，海面陣風(fēng)カ加載器包括電動執(zhí)行機構(gòu)和控制系統(tǒng)，電動執(zhí)行機構(gòu)包括加載器臺體組件、直流力矩電機11、測速電機14、滾珠絲桿5、直線電位器10、拉壓カ傳感器2和承載對象。加載器臺體組件包括基座18、軸承座7、軸承9、主軸6、支承軸ー 17A、支承軸ニ 17B、接長軸13、墻板、電機安裝座12和螺紋轉(zhuǎn)接件3，所述的墻板包括墻板ー 16A和墻板ニ 16B，墻板ー 16A和墻板ニ 16B相互平行并通過螺釘垂直固定在基座18上，軸承座7通過連接支承軸ー 17A和支承軸ニ 17B豎立在墻板中間，支承軸ー 17A和支承軸ニ 17B分別通過螺釘固定在墻板ー 16A和墻板ニ 16B上；軸承9的外圈固定在軸承座7內(nèi)的前端，軸承9的內(nèi)圈與主軸6的中間端緊固；直流力矩電機11的內(nèi)法蘭與主軸6后端連接，直流力矩電機11的外法蘭固定在軸承座7內(nèi)的后端，直流力矩電機11后部安裝有測速電機14 ;接長軸13通過螺釘與直流力矩電機11的內(nèi)法蘭一起安裝在主軸6后端，測速電機14的內(nèi)法蘭通過螺釘安裝在接長軸13上，測速電機14的外法蘭固定在電機安裝座12上；電機安裝座12通過螺釘與直流力矩電機11的外法蘭一起固定在軸承座7內(nèi)的后端；滾珠絲桿5穿過主軸6中心，滾珠絲桿5的法蘭面通過螺釘固定在主軸6前端，滾珠絲桿5后外接螺紋轉(zhuǎn)接件3，螺紋轉(zhuǎn)接件3后接拉壓カ傳感器2，拉壓カ傳感器2通過球形軸頭I與承載對象連接；直線電位器10通過螺釘固定在軸承座7上端，通過連桿4與滾珠絲桿5連接?？刂葡到y(tǒng)包括功率放大器、控制計算機、控制模板、數(shù)字通訊接口和控制回路，控制系統(tǒng)安裝在儀表機柜內(nèi)，功率放大器安裝在儀表機柜底板上，控制計算機安裝在儀表機柜側(cè)板中間，功率放大器與控制計算機連接，直流力矩電機的輸出信號與功率放大器連接，直線電位器的輸出信號與控制計算機連接。海面陣風(fēng)カ加載器的控制由控制計算機來實現(xiàn)，直線電位器輸出的模擬信號傳給控制計算機，控制計算機根據(jù)給定值與直線電位器輸出的模擬信號比較并綜合后發(fā)出控制指令，其輸出的電壓作為直流力矩電機的功率放大器的輸入信號進入功率放大器，功率放大器的輸出端接至直流カ矩電機，通過控制直流カ矩電機的電樞電壓來控制電機的轉(zhuǎn)動。[0023]控制模板采用DSP數(shù)字控制模板，DSP數(shù)字控制模板安裝在控制計算機里，數(shù)字通訊接ロ安裝在控制計算機上，DSP數(shù)字控制模板構(gòu)成主動式和被動式カ加載系統(tǒng)，DSP數(shù)字控制模板通過數(shù)字通訊接ロ從承載對象獲得實時的被加載體運動規(guī)律，從而通過控制回路以數(shù)字控制方式實現(xiàn)模擬海面陣風(fēng)カ的加載控制?？刂苹芈肪哂心M控制回路和數(shù)字控制回路，模擬控制回路由電流環(huán)和速度環(huán)構(gòu)成，數(shù)字控制回路包括位置環(huán)、力環(huán)和前饋補償環(huán)節(jié)，主要由基于DSP設(shè)計的控制器實現(xiàn)。所述的DSP數(shù)字控制模板采用市售的DSP28335數(shù)控模板。海面陣風(fēng)カ加載器的控制方法包括如下對于驅(qū)動元件為直流力矩電機的カ加載器系統(tǒng)，其本質(zhì)是ー個電動位置和速度閉環(huán)控制系統(tǒng)。本實用新型電機控制系統(tǒng)包括電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)、力反饋和前饋補償，構(gòu)成“四環(huán)”反饋加前饋補償?shù)目刂?。電流環(huán)是由功率放大器內(nèi)部物理實現(xiàn)的，功率放大器中采用了電流環(huán)校正控制以增大力矩電機的頻率 響應(yīng)范圍；速度環(huán)是在電流環(huán)的基礎(chǔ)上，加入速率反饋構(gòu)成，由控制器擴展模擬電路物理實現(xiàn)，速率反饋以執(zhí)行機構(gòu)中的測速電機反饋為準(zhǔn)。位置環(huán)是在速率環(huán)的基礎(chǔ)上，加入位置反饋構(gòu)成，執(zhí)行機構(gòu)中的高精度直線電位器作為位移反饋，采集的與絲桿位移成比例關(guān)系的電壓信號，經(jīng)A/D采樣成數(shù)字量進入控制器，控制器輸出的電壓作為カ矩電機的功率放大器的輸入信號，功率放大器輸出接至カ矩電機，通過控制電機的電樞電壓來控制電機的轉(zhuǎn)動。カ環(huán)是在位置環(huán)的基礎(chǔ)上，加入力反饋構(gòu)成，執(zhí)行機構(gòu)中的拉壓カ傳感器作為カ反饋，測出由于絲桿輸出位移與承載對象運動不同步產(chǎn)生的弾性形變カ(即加載力)，調(diào)理后也經(jīng)A/D采樣成數(shù)字量力反饋值進入控制器，控制器對控制計算機給定加載指令與力反饋值進行比較，再與位置反饋值比較后，輸出控制電壓，進入模擬控制回路，經(jīng)過速度環(huán)和電流環(huán)，通過伺服功放控制カ矩電機的電樞電壓來控制其轉(zhuǎn)動，再由減速傳動機構(gòu)帶動絲桿進行直線位移運動，對カ傳感器后的承載對象實施カ加載，構(gòu)成完整的控制回路。本實用新型的工作原理海面陣風(fēng)カ加載器以直流力矩電機為拖動裝置，后部安裝測速電機作為速率反饋傳感器，直流カ矩電機增大力矩帶動滾珠絲桿進行前后運動，將角度運動轉(zhuǎn)換成線性位移運動，滾珠絲桿同時帶動高精度直線電位器運動，作為位置反饋傳感器，滾珠絲桿后外接拉壓カ傳感器，拉壓カ傳感器通過球形軸頭與承載對象連接，當(dāng)絲桿輸出位移與承載對象運動不同步時，加載カ沿絲桿軸線輸出加載到承載對象上。
權(quán)利要求1.ー種海面陣風(fēng)カ加載器，其特征在于包括電動執(zhí)行機構(gòu)和控制系統(tǒng)，電動執(zhí)行機構(gòu)包括加載器臺體組件、直流カ矩電機、測速電機、滾珠絲桿、直線電位器、拉壓カ傳感器和承載對象，加載器臺體組件包括基座、軸承座、軸承、主軸、支承軸、接長軸、墻板、電機安裝座和螺紋轉(zhuǎn)接件，所述的墻板包括墻板ー和墻板ニ，墻板ー和墻板二相互平行并通過螺釘垂直固定在基座上，軸承座通過連接支承軸ー和支承軸ニ豎立在墻板中間，支承軸ー和支承軸二分別通過螺釘固定在墻板ー和墻板ニ上；軸承的外圈固定在軸承座內(nèi)的前端，軸承的內(nèi)圈與主軸的中間端緊固；直流力矩電機的內(nèi)法蘭與主軸后端連接，直流力矩電機外法蘭固定在軸承座內(nèi)的后端，直流力矩電機后部安裝有測速電機；接長軸通過螺釘與直流力矩電機的內(nèi)法蘭一起安裝在主軸后端，測速電機的內(nèi)法蘭通過螺釘安裝在接長軸上，測速電機的外法蘭固定在電機安裝座上；電機安裝座通過螺釘與直流力矩電機的外法蘭一起固定在軸承座內(nèi)的后端；滾珠絲桿穿過主軸中心，滾珠絲桿的法蘭面通過螺釘固定在主軸前端，滾珠絲桿后外接螺紋轉(zhuǎn)接件，螺紋轉(zhuǎn)接件后接拉壓カ傳感器，拉壓カ傳感器通過球形軸頭與承載對象連接；直線電位器通過螺釘固定在軸承座上端，通過連桿與滾珠絲桿連接； 控制系統(tǒng)包括功率放大器、控制計算機、控制模板、數(shù)字通訊接口和控制回路，控制系統(tǒng)安裝在儀表機柜內(nèi)，功率放大器安裝在儀表機柜底板上，控制計算機安裝在儀表機柜側(cè)板中間，功率放大器與控制計算機連接，直流力矩電機的輸出信號與功率放大器連接，直線電位器的輸出信號與控制計算機連接；海面陣風(fēng)カ加載器的控制由控制計算機來實現(xiàn)，直線電位器輸出的模擬信號傳給控制計算機，控制計算機根據(jù)給定值與直線電位器輸出的模擬信號比較并綜合后發(fā)出控制指令，其輸出的電壓作為直流力矩電機的功率放大器的輸入信號進入功率放大器，功率放大器的輸出端與直流カ矩電機相連，通過控制直流力矩電機的電樞電壓來控制直流力矩電機的轉(zhuǎn)動； 控制模板安裝在控制計算機里，數(shù)字通訊接ロ安裝在控制計算機上； 控制回路具有模擬控制回路和數(shù)字控制回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的海面陣風(fēng)カ加載器，其特征在于所述模擬控制回路由電流環(huán)和速度環(huán)構(gòu)成，數(shù)字控制回路包括位置環(huán)、力環(huán)和前饋補償環(huán)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的海面陣風(fēng)カ加載器，其特征在于所述控制模板采用DSP數(shù)字控制模板。
專利摘要本實用新型海面陣風(fēng)力加載器涉及一種負(fù)載模擬器，特別是一種對海面艦船上的承載對象施加模擬陣風(fēng)干擾負(fù)載，用以檢測和分析承載對象性能的力加載器。包括電動執(zhí)行機構(gòu)和控制系統(tǒng)，電動執(zhí)行機構(gòu)包括加載器臺體組件、直流力矩電機、測速電機、滾珠絲桿、直線電位器、拉壓力傳感器和承載對象，加載器臺體組件包括基座、軸承座、軸承、主軸、支承軸、接長軸、墻板、電機安裝座和螺紋轉(zhuǎn)接件；控制系統(tǒng)包括功率放大器、控制計算機、控制模板、數(shù)字通訊接口和控制回路；控制模板裝在控制計算機里，數(shù)字通訊接口安裝在控制計算機上；控制回路具有模擬控制回路和數(shù)字控制回路。本實用新型在地面模擬復(fù)現(xiàn)海面陣風(fēng)的干擾力，實現(xiàn)加載力的精確控制。
文檔編號G01M9/00GK202433170SQ20112053630
公開日2012年9月12日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者滕磊, 王寅, 解寶琴 申請人:南京碩航機電有限公司