一種氣動伺服加載平臺結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種氣動伺服加載平臺結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]舵機(jī)是機(jī)電控制系統(tǒng)中一種重要的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶等系統(tǒng)中。在航空航天應(yīng)用領(lǐng)域，舵機(jī)用于調(diào)整飛行器的俯仰、偏航、滾轉(zhuǎn)等姿態(tài)。在舵機(jī)成功應(yīng)用于飛行器之前，要對舵機(jī)進(jìn)行帶載測試(也叫半實(shí)物仿真)。一般情況下，對舵機(jī)的帶載測試采用電液伺服加載測試的方法。但有一種特殊的舵機(jī)其運(yùn)行時間短，運(yùn)行速度高，對于這種舵機(jī)的加載測試如果采用電液伺服加載的方式，由于油液彈性模量很大，舵機(jī)瞬間運(yùn)動時，加載馬達(dá)的被動流量很大，無法及時排出，油液壓縮就會造成巨大的多余力。其數(shù)值將遠(yuǎn)大于給定的加載力，甚至可能破壞整個加載系統(tǒng)和舵機(jī)系統(tǒng)；如果采用電動伺服加載方式，由于力矩電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量通常較大，在舵機(jī)高速運(yùn)動過程中，電機(jī)無法驅(qū)動其轉(zhuǎn)子達(dá)到與高速運(yùn)動舵機(jī)相同的速度和加速度，轉(zhuǎn)子將被舵機(jī)拖動，轉(zhuǎn)子慣性力和反電動勢造成的阻尼力之和就是多余力，超出加載力。通過以上分析，不難得出電液和電動負(fù)載模擬器都不適合高速運(yùn)動舵機(jī)加載的結(jié)論。
[0003]由于高速運(yùn)動舵機(jī)利用高壓氣體驅(qū)動，負(fù)載對其驅(qū)動能力有較大影響，因此必須對其帶載性能進(jìn)行嚴(yán)格的測試，尤其是其在帶載工況下的工作可靠性。在早期的高速運(yùn)動舵機(jī)的測試中一般是通過加恒定壓強(qiáng)負(fù)載或打靶等破壞性實(shí)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)。加恒定壓強(qiáng)無法復(fù)現(xiàn)出舵機(jī)在實(shí)際工況中的真實(shí)性，而打靶實(shí)驗(yàn)其成本又比較高。如果能有一種替代實(shí)物破壞性實(shí)驗(yàn)，并具備較高精度和可重復(fù)性的模擬裝置能夠模擬出高速運(yùn)動舵機(jī)在實(shí)際工作中受到的各種載荷，將具有很強(qiáng)的使用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是針對上述現(xiàn)狀，旨在提供一種能為高速運(yùn)動舵機(jī)進(jìn)行加載測試，并可實(shí)現(xiàn)不同量程，不同形式的加載測試，還可重復(fù)和在線調(diào)試；體積小、重量小，系統(tǒng)功耗小的氣動伺服加載平臺結(jié)構(gòu)。
[0005]本實(shí)用新型目的的實(shí)現(xiàn)方式為，一種氣動伺服加載平臺結(jié)構(gòu)，由氣源系統(tǒng)、舵機(jī)系統(tǒng)、加載部件、控制系統(tǒng)構(gòu)成，各系統(tǒng)間通過管道或?qū)Ь€連接；舵機(jī)系統(tǒng)的加載臺體半徑可調(diào)；加載臺體有接加載部件的四個通道，每一個通道的加載部件實(shí)現(xiàn)對一個舵面的加載；
[0006]所述加載部件的可調(diào)慣量盤通過連接器依次與位置傳感器、力矩傳感器、氣動馬達(dá)連接，氣動馬達(dá)上裝有比例伺服閥；
[0007]所述舵機(jī)系統(tǒng)的舵機(jī)、氣動馬達(dá)的位置傳感器分別接比例伺服閥；舵機(jī)、氣動馬達(dá)的比例伺服閥通過減壓閥、過濾器、干燥機(jī)接氣罐；舵機(jī)、氣動馬達(dá)的力矩傳感器相連；
[0008]加載控制器協(xié)同上下位機(jī)控制氣源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)有上位機(jī)、下位機(jī)和飛控計算機(jī)，上位機(jī)通過串口與氣源控制器相連；下位機(jī)有網(wǎng)卡、并行通訊模塊、96路I/O模塊、4+4路D/A模塊、12路D/A模塊，有接頻譜儀的通用輸出接口，伺服驅(qū)動通過伺服驅(qū)動電路接下位機(jī)，頻譜儀、力矩傳感器、位置傳感器輸入通過傳感器調(diào)理電路接下位機(jī)。
[0009]本實(shí)用新型與傳動的彈簧鋼板加載方式相比，可以實(shí)現(xiàn)不同量程，不同形式的加載測試，并且可重復(fù)和在線調(diào)試；與實(shí)物破壞性實(shí)驗(yàn)相比，節(jié)約成本，舵機(jī)可重復(fù)使用；與電液伺服加載方式相比，有利于構(gòu)成柔性驅(qū)動機(jī)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動，較大的壓縮性可以在很大程度上吸收掉因舵機(jī)高速和高加速造成的多余力，且具有過載保護(hù)的作用。而相對于電動加載方案來說，氣動加載的功率密度相對較大，轉(zhuǎn)子慣量相對小，不會產(chǎn)生很大的慣性多余力。另外氣動加載可以采用高壓儲氣罐配合小排量、小功率的空壓機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，具有體積小、重量小，系統(tǒng)功耗小等優(yōu)點(diǎn)，適用于加載測試。
【附圖說明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖，
[0011 ] 圖2是加載部件結(jié)構(gòu)示意圖，
[0012]圖3是氣動伺服加載測試控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，
[0013]圖4是氣動伺服加載裝置原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本實(shí)用新型由氣源系統(tǒng)、舵機(jī)系統(tǒng)、加載部件、控制系統(tǒng)構(gòu)成，各系統(tǒng)間通過管道或?qū)Ь€連接。
[0015]下面參照附圖詳述本實(shí)用新型。
[0016]參照圖1，本實(shí)用新型由氣源系統(tǒng)1、舵機(jī)系統(tǒng)2、加載部件3、控制系統(tǒng)4構(gòu)成，各系統(tǒng)間通過管道或?qū)Ь€連接。舵機(jī)系統(tǒng)2的加載臺體半徑可調(diào)，能夠適應(yīng)于不同半徑的舵機(jī)。加載臺體有接加載部件3的四個通道，每一個通道的加載部件實(shí)現(xiàn)對一個舵面的加載。
[0017]參照圖2，所述加載部件的可調(diào)慣量盤5通過連接器8依次與位置傳感器6、力矩傳感器7、氣動馬達(dá)10連接，氣動馬達(dá)10上裝有比例伺服閥9。
[0018]所述舵機(jī)系統(tǒng)2的舵機(jī)28和氣動馬達(dá)10的位置傳感器29、力矩傳感器36通過軸相連；舵機(jī)和氣動馬達(dá)的比例伺服閥31依次接減壓閥32、過濾器31、干燥機(jī)30、氣罐29。
[0019]參照圖3，控制系統(tǒng)4有上位機(jī)12、下位機(jī)18和飛控計算機(jī)16。上位機(jī)12通過串口 13與氣源控制器27相連，下位機(jī)18有網(wǎng)卡14、并行通訊模塊17、96路I/O模塊19、4+4路D/A模塊20、12路D/A模塊15，有接頻譜儀25的通用輸出接口 23，伺服驅(qū)動21通過伺服驅(qū)動電路20接下位機(jī)，頻譜儀25、力矩傳感器24、通過傳感器調(diào)理電路26接下位機(jī)18。
[0020]參照圖4，舵機(jī)28、氣動馬達(dá)10的位置傳感器6分別接比例伺服閥9。舵機(jī)、氣動馬達(dá)的比例伺服閥通過減壓閥32、過濾器31、干燥機(jī)30接氣罐29。舵機(jī)、氣動馬達(dá)的力矩傳感器7相連。
[0021]圖4是加載系統(tǒng)的加載原理示意圖，其中左側(cè)是加載系統(tǒng)，右側(cè)是舵機(jī)系統(tǒng)，左側(cè)發(fā)出力矩指令，右側(cè)發(fā)出角度指令。舵機(jī)28和氣動馬達(dá)10的輸出軸通過剛性聯(lián)軸器直接同軸聯(lián)接。在整個飛行控制系統(tǒng)的半實(shí)物仿真過程中，加載部件和舵機(jī)部件在仿真計算機(jī)和飛控計算機(jī)的控制下分別進(jìn)行力矩伺服控制和位置伺服控制。飛控計算機(jī)根據(jù)飛行器的姿態(tài)等要求，計算出舵機(jī)的期望偏轉(zhuǎn)角度，舵機(jī)按照這個轉(zhuǎn)角指令在飛控計算機(jī)的控制作用下進(jìn)行運(yùn)動，同時舵機(jī)上的角度傳感器把輸出角度反饋給飛控計算機(jī)。仿真計算機(jī)根據(jù)飛行器六自由度模型，結(jié)合飛行高度、飛行速度、飛行姿態(tài)、舵面偏轉(zhuǎn)角度及大氣參數(shù)等相關(guān)物理量，計算出此時舵機(jī)應(yīng)承受的氣動力矩載荷，將此作為力矩指令發(fā)送到加載控制器。加載控制器根據(jù)力矩指令對加載部件進(jìn)行力矩伺服控制，同時加載部件輸出軸跟隨舵機(jī)一起運(yùn)動。
[0022]本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)由氣源控制器、加載控制器及傳感器調(diào)理模塊、通訊模塊和上下位機(jī)構(gòu)成，可以與仿真計算機(jī)通訊，以實(shí)時獲得有關(guān)載荷譜，并將該載荷譜實(shí)時地施加在被試舵機(jī)上。參照圖3，控制原理如下；采用VC編寫的Windows應(yīng)用程序通過網(wǎng)絡(luò)和下位機(jī)通訊，能夠很方便的進(jìn)行系統(tǒng)的半實(shí)物仿真，以完成對舵機(jī)任意載荷譜的加載；自檢功能，完成運(yùn)動、對頂與靜止加載調(diào)試；參數(shù)控制，以調(diào)節(jié)測控參數(shù)；數(shù)據(jù)回放與分析，誤差分析等；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，分析測試數(shù)據(jù)等；另外通過實(shí)時網(wǎng)口、并口、模擬口等方式與仿真計算機(jī)之間進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊使負(fù)載模擬器并入到大仿真系統(tǒng)中；通過串口與氣源控制器相連，實(shí)現(xiàn)了計算機(jī)虛擬氣源控制器等(見圖3)。
[0023]本實(shí)用新型的比例伺服閥9由Festo生產(chǎn)，流量350L/min，頻寬100Hz，輸入信號+ 1Vo氣動馬達(dá)10由Festo生產(chǎn)，工作壓強(qiáng)0.3-1.2MPa,排量3.2 X l(T4m3/rad體積1.5L,慣量0.00084kg.m2。力矩傳感器由航天701所提供，量程82Nm，精度0.001。位移傳感器由航天701所提供，量程270°，精度0.01°。上、下位機(jī)控制(研華工控機(jī))?？諝鈮嚎s機(jī)由意大利WERTHER公司提供。
[0024]本實(shí)用新型工作時，加載控制器協(xié)同上下位機(jī)控制加載力矩指令和力矩、角度信號的反饋，控制器通過控制算法的計算得出控制量，通過D/A模塊將控制量發(fā)送給氣動伺服閥，從而通過控制氣動伺服閥的閥芯開口量達(dá)到控制加載部件的力矩輸出的閉環(huán)控制。氣動伺服加載平臺可以實(shí)時得到的不同載荷譜并實(shí)時施加在舵機(jī)上，從而完成控制回路氣動力的半實(shí)物仿真試驗(yàn)。
【主權(quán)項】
1.一種氣動伺服加載平臺結(jié)構(gòu)，其特征在于由氣源系統(tǒng)、舵機(jī)系統(tǒng)、加載部件、控制系統(tǒng)構(gòu)成，各系統(tǒng)間通過管道或?qū)Ь€連接；舵機(jī)系統(tǒng)的加載臺體半徑可調(diào)；加載臺體有接加載部件的四個通道，每一個通道的加載部件實(shí)現(xiàn)對一個舵面的加載； 所述加載部件的可調(diào)慣量盤通過連接器依次與位置傳感器、力矩傳感器、氣動馬達(dá)連接，氣動馬達(dá)上裝有比例伺服閥； 所述舵機(jī)系統(tǒng)的舵機(jī)、氣動馬達(dá)的位置傳感器分別接比例伺服閥；舵機(jī)、氣動馬達(dá)的比例伺服閥通過減壓閥、過濾器、干燥機(jī)接氣罐；舵機(jī)、氣動馬達(dá)的力矩傳感器相連； 加載控制器協(xié)同上下位機(jī)控制氣源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)有上位機(jī)、下位機(jī)和飛控計算機(jī)，上位機(jī)通過串口與氣源控制器相連；下位機(jī)有網(wǎng)卡、并行通訊模塊、96路I/O模塊、4+4路D/A模塊、12路D/A模塊，有接頻譜儀的通用輸出接口，伺服驅(qū)動通過伺服驅(qū)動電路接下位機(jī)，頻譜儀、力矩傳感器、位置傳感器輸入通過傳感器調(diào)理電路接下位機(jī)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氣動伺服加載平臺結(jié)構(gòu)，其特征在于舵機(jī)(28)和氣動馬達(dá)(10)的輸出軸通過剛性聯(lián)軸器直接同軸聯(lián)接。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種氣動伺服加載平臺結(jié)構(gòu)，由氣源系統(tǒng)、舵機(jī)系統(tǒng)、加載部件、控制系統(tǒng)構(gòu)成，各系統(tǒng)間通過管道或?qū)Ь€連接；舵機(jī)系統(tǒng)的加載臺體半徑可調(diào)；加載臺體有接加載部件的四個通道，每一個通道的加載部件實(shí)現(xiàn)對一個舵面的加載。加載控制器協(xié)同上下位機(jī)控制加載力矩指令和力矩、角度信號的反饋，控制器通過控制算法的計算得出控制量，通過D/A模塊將控制量發(fā)送給氣動伺服閥，通過控制氣動伺服閥的閥芯開口量達(dá)到控制加載部件的力矩輸出的閉環(huán)控制，可實(shí)時得到不同載荷譜并實(shí)時施加在舵機(jī)上，完成控制回路氣動力的半實(shí)物仿真試驗(yàn)。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)不同量程，不同形式的加載測試，并可重復(fù)和在線調(diào)試；體積小、重量小，系統(tǒng)功耗小。
【IPC分類】G05B17/02, G05B23/02
【公開號】CN204705887
【申請?zhí)枴緾N201520348335
【發(fā)明人】魏瓊, 王君, 孫金風(fēng), 游穎, 鄔述暉, 任軍, 汪泉
【申請人】湖北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年5月26日