多摩擦片疊加加載機(jī)構(gòu)及采用該機(jī)構(gòu)的大幅值雙向摩擦加載式電液負(fù)載模擬器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種半物理仿真模型，屬于電液伺服控制及自動(dòng)控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 電液伺服控制系統(tǒng)以其控制精度高、較大的能量體積比、頻率響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，被廣 泛用于航空航天、工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人、機(jī)床等高精尖領(lǐng)域。電液負(fù)載模擬器是一種地面半 實(shí)物仿真設(shè)備，主要用以模擬導(dǎo)彈、戰(zhàn)機(jī)等飛行器在飛行過程中，其舵機(jī)舵面所受的空氣動(dòng) 力力矩載荷譜，實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室條件下半實(shí)物的復(fù)現(xiàn)被測(cè)對(duì)象在實(shí)際工作過程中所受的動(dòng)力 載荷，模擬被測(cè)對(duì)象在實(shí)際工作中所受動(dòng)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(cè)研究，從而實(shí)現(xiàn)在地面半實(shí)物的測(cè)試飛行器舵機(jī)的性能，進(jìn)而改進(jìn)舵機(jī)系 統(tǒng)，使舵機(jī)系統(tǒng)性能達(dá)到要求。地面半實(shí)物仿真技術(shù)具有良好的可控性、無破壞性、全天候 以及操作簡(jiǎn)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。國內(nèi)外相關(guān)專家學(xué)者及單位分別研制出了各種型號(hào)的用于地面半實(shí)物仿真的負(fù)載模擬 器樣機(jī)或產(chǎn)品。但是隨著對(duì)飛行器性能要求的不斷提高，要求電液負(fù)載模擬器具有更高的 加載精度高、更快頻率響應(yīng)等性能特點(diǎn)。
[0003] 傳統(tǒng)電液負(fù)載模擬器在研制中一直存在很多技術(shù)難題沒有解決：（1)多余力矩的 存在嚴(yán)重影響系統(tǒng)的控制性能的提高。被測(cè)舵機(jī)系統(tǒng)與負(fù)載模擬器系統(tǒng)近似剛性的連接在 一起，當(dāng)舵機(jī)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，必然對(duì)負(fù)載模擬器系統(tǒng)產(chǎn)生強(qiáng)擾動(dòng)，引起多余力矩，其數(shù)值和舵 機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。（2)難以實(shí)現(xiàn)高精度的動(dòng)態(tài)加載。由于飛行器飛行過程中舵機(jī)舵面所 受空氣動(dòng)力力矩為任意的函數(shù)。要想精確地復(fù)現(xiàn)該函數(shù)，則要求負(fù)載模擬器系統(tǒng)為高階無 靜差系統(tǒng)。但多余力矩的存在及其微分特性使加載系統(tǒng)高階無靜差很難實(shí)現(xiàn)，尤其是當(dāng)被 測(cè)舵機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)頻率較高時(shí)。（3)難以保證小力矩加載性能。當(dāng)小力矩加載時(shí)，多余力矩對(duì) 系統(tǒng)的影響變得相對(duì)顯著，它使加載精度降低，加載靈敏度難以保證，甚至淹沒加載信號(hào)， 加之存在伺服閥死區(qū)、壓力波動(dòng)等因素的影響，將使系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)正常加載。（4)控制策略 復(fù)雜。電液負(fù)載模擬器的被加載對(duì)象是各種飛行器的舵機(jī)系統(tǒng)，不同型號(hào)的舵機(jī)可能會(huì)導(dǎo) 致系統(tǒng)控制性能的變化，尤其是引起多余力矩補(bǔ)償控制環(huán)節(jié)參數(shù)的變化，因此要求控制系 統(tǒng)具有一定的魯棒性。這就使系統(tǒng)的控制變得更加復(fù)雜和困難，控制策略通用性較差。
[0004] 雙向摩擦加載式電液負(fù)載模擬器以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)完全消除了由被測(cè)舵機(jī)主運(yùn)動(dòng) 產(chǎn)生的多余力矩，并能實(shí)現(xiàn)高精度、高動(dòng)態(tài)、高頻響的正、負(fù)雙向力矩加載。但是由于摩擦材 料摩擦系數(shù)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尺寸的限制，雙向摩擦加載式電液負(fù)載模擬器很難實(shí)現(xiàn)大幅值 的力矩加載，這使得其的應(yīng)用范圍受到一定的限制。為了在較小的機(jī)構(gòu)尺寸下利用現(xiàn)有的 高性能摩擦材料大幅的提高雙向摩擦加載式電液負(fù)載模擬器的加載幅值，基于作用力與反 作用力原理，設(shè)計(jì)了一種多摩擦片疊加加載機(jī)構(gòu)，使得采用該機(jī)構(gòu)的雙向摩擦加載式電液 負(fù)載模擬器能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高動(dòng)態(tài)、高頻響的無多余力矩的正、負(fù)雙向大幅值力矩加載。 從而將摩擦加載式電液負(fù)載模擬器的應(yīng)用范圍擴(kuò)大到受更大外載荷的艦船、大型客機(jī)、火 箭等的舵機(jī)系統(tǒng)的地面半實(shí)物測(cè)試中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的是為了解決雙向摩擦加載式無多余力矩電液負(fù)載模擬器很難在較小 結(jié)構(gòu)尺寸的條件下利用現(xiàn)有的高性能的摩擦材料實(shí)現(xiàn)高精度、高動(dòng)態(tài)、高可靠性的大幅值 力矩加載的問題，提供了一種多摩擦片疊加加載機(jī)構(gòu)及采用該機(jī)構(gòu)的大幅值雙向摩擦加載 式電液負(fù)載模擬器。
[0006] 本發(fā)明所述多摩擦片疊加加載機(jī)構(gòu)，它包括第一恒轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦片、六個(gè)銷、第二擺動(dòng) 摩擦片、第二恒轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦片、第一擺動(dòng)摩擦片、第二摩擦片支座和第一摩擦片支座；
[0007] 第一摩擦片支座通過一個(gè)滑鍵固定在主軸上，第一摩擦片支座的側(cè)表面上固定一 片第一擺動(dòng)摩擦片；
[0008] 第一摩擦片支座通過一個(gè)凹凸槽與第二摩擦片支座對(duì)應(yīng)固定連接在一起，第二摩 擦片支座和第一摩擦片支座一同擺動(dòng)并向主軸傳遞扭矩；
[0009] 第二擺動(dòng)摩擦片與第二摩擦片支座上的摩擦片槽配合連接，第二擺動(dòng)摩擦片能夠 沿著軸向在摩擦片槽內(nèi)滑動(dòng)并能夠向第二摩擦片支座傳遞扭矩；
[0010] 第二恒轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦片通過六個(gè)周向均布的銷與第一恒轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦片連接，第二恒轉(zhuǎn)動(dòng) 摩擦片能夠沿著銷軸向滑動(dòng)，同時(shí)能夠與第一恒轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦片一同高速旋轉(zhuǎn)；
[0011] 第一恒轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦片一個(gè)側(cè)面與第二擺動(dòng)摩擦片一個(gè)側(cè)面構(gòu)成一個(gè)摩擦副，第二擺 動(dòng)摩擦片另一個(gè)側(cè)面同時(shí)與第二恒轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦片一個(gè)側(cè)面構(gòu)成第二個(gè)摩擦副，第二恒轉(zhuǎn)動(dòng)摩 擦片另一側(cè)面同時(shí)與第一擺動(dòng)摩擦片一個(gè)側(cè)面構(gòu)成第三個(gè)摩擦副；
[0012] 所述三個(gè)摩擦副具有相同的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，且當(dāng)其運(yùn)用于實(shí)際力矩加載中時(shí)，該三個(gè) 摩擦副所受的法向力相同，都等于施加在該多摩擦片疊加加載機(jī)構(gòu)上由液壓缸施加的推 力。
[0013] 本發(fā)明所述采用多摩擦片疊加加載機(jī)構(gòu)的大幅值雙向摩擦加載式電液負(fù)載模擬 器，它包括工控機(jī)、A/D數(shù)據(jù)采集卡、D/A轉(zhuǎn)換電路、伺服放大器、DSP運(yùn)動(dòng)控制卡、大伺服閥、 碼盤、力矩傳感器、力矩電機(jī)和負(fù)載模擬單元；
[0014] 碼盤和大伺服閥設(shè)置在被測(cè)舵機(jī)上；被測(cè)舵機(jī)通過力矩傳感器與主軸剛性連接； 碼盤的信號(hào)輸出端與A/D數(shù)據(jù)米集卡的第一輸入端相連，力矩傳感器的信號(hào)輸出端與A/D 數(shù)據(jù)采集卡的第二輸入端相連，A/D數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與工控機(jī)的信號(hào)反饋端相連；工 控機(jī)的指令輸出端與D/A轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出端與伺服放大器的 輸入端相連，伺服放大器的給定角位移指令輸出端與大伺服閥指令輸入端相連；伺服放大 器的給定力矩信號(hào)輸出端與伺服閥的指令輸入端相連；
[0015] 負(fù)載模擬單元包括兩個(gè)多摩擦片疊加加載機(jī)構(gòu)、止推軸承、力傳感器、過渡板、彈 簧、三個(gè)液壓缸和伺服閥；三個(gè)周向均布的液壓缸的兩端對(duì)稱分布兩個(gè)多摩擦片疊加加載 機(jī)構(gòu)；三個(gè)液壓缸由伺服閥驅(qū)動(dòng)，使其按給定力矩信號(hào)連續(xù)切換的向液壓缸兩端的多摩擦 片疊加加載機(jī)構(gòu)均勻施加推力，當(dāng)正力矩加載時(shí)，三個(gè)液壓缸向遠(yuǎn)離被測(cè)舵機(jī)一端的多摩 擦片疊加加載機(jī)構(gòu)施加推力，當(dāng)負(fù)力矩加載時(shí)，三個(gè)液壓缸向靠近被測(cè)舵機(jī)一端的多摩擦 片疊加加載機(jī)構(gòu)施加推力，其中所施加的推力通過彈簧、過渡板、力傳感器、止推軸承作用 于多摩擦片疊加加載機(jī)構(gòu)。
[0016] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明所述采用多摩擦片疊加加載機(jī)構(gòu)的雙向摩擦加載式大幅值 電液負(fù)載模擬器，結(jié)合雙向摩擦加載式電液負(fù)載模擬器不存在嚴(yán)重影響力矩加載性能的多 余力矩這一特點(diǎn)，根據(jù)作用力與反作用力這一基本原理，所發(fā)明的多摩擦片疊加加載機(jī)構(gòu) 在相同的加載條件及結(jié)構(gòu)尺寸下產(chǎn)生的摩擦力矩是普通由兩片摩擦片組成的加載機(jī)構(gòu)的 2N-1倍（N是多摩擦片疊加加載機(jī)構(gòu)采用的恒轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦片的個(gè)數(shù)或是擺動(dòng)摩擦片的個(gè)數(shù)）， 利用電液伺服技術(shù)，采用多摩擦片疊加加載機(jī)構(gòu)的雙向摩擦加載式大幅值電液負(fù)載模擬器 能夠很容易的在$父小結(jié)構(gòu)尺寸下獲得尚精度、尚動(dòng)態(tài)、尚頻響、尚可靠性的無多余力矩的 正、負(fù)雙向大幅值力矩加載。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本發(fā)明所述采用多摩擦片疊加加載機(jī)構(gòu)的大幅值雙向摩擦加載式電液負(fù) 載模擬器的原理圖；
[0018] 圖2是本發(fā)明所述采用多摩擦片疊加加載機(jī)構(gòu)的大幅值雙向摩擦加載式電液負(fù) 載模擬器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖3是多摩擦片疊加加載機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖4是圖3的俯視圖；
[0021] 圖5是圖3的A-A剖視圖；
[0022] 圖6是多摩擦片疊加加載機(jī)構(gòu)三維模型爆炸圖；
[0023] 圖7是多摩擦片疊加加載機(jī)構(gòu)三維模型剖視圖；
[0024] 圖8是采用多摩擦片疊加加載機(jī)構(gòu)的大幅值雙向摩擦加載式電液負(fù)載模擬器的 力矩閉環(huán)控制原理框圖；
[0025] 圖9是采用多摩擦片疊加加載機(jī)構(gòu)的大幅值雙向摩擦加載式電液負(fù)載模擬器的 模擬舵機(jī)角位移閉環(huán)控制原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0026] 一：下面結(jié)合圖3至圖7說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述多摩擦片