一种直接力伺服测控试验台制造技术

一种直接力伺服测控试验台，在同一试验台上实现了直接力伺服的单喷管、多喷管的力学性能测试，同时，通过简单拆装实现了直接力伺服控制的直观演示，解决了直接力控制系统的设计、测试与验证的关键技术。在此基础上结构兼顾了喷管的布局，并具有很强的扩展性；同时既可以在系统上直接进行喷管力学特性的测试；又可以开展控制算法验证的试验。

A Direct Force Servo Measurement and Control Test-bed

A direct force servo measurement and control test bench has been developed. The mechanical properties of single and multiple nozzles with direct force servo have been tested on the same test bench. At the same time, the visual demonstration of direct force servo control has been realized through simple disassembly and assembly. The key technology of design, test and verification of direct force control system has been solved. On this basis, the structure takes into account the layout of the nozzle, and has strong expansibility. At the same time, it can directly test the mechanical characteristics of the nozzle on the system, and carry out the verification test of the control algorithm.

【技术实现步骤摘要】
一种直接力伺服测控试验台
本技术涉及一种直接力伺服测控试验台，属于直接力控制应用领域。
技术介绍
直接力控制是指在通过在飞行器侧向安装喷流发动机并通过其工作时产生的直接推力来改变本体的轨迹或姿态的一种控制方法，适合应用于航空航天器以及导弹上，具有无需环境介质、响应速度快、过载能力强等优势。侧向小型多喷管直接力控制系统的关键技术主要有：喷管力学特性测试，本体设计与喷管布置，控制算法设计与验证。目前直接力伺服测控系统结构复杂，成本高，且通常通过多个试验台实现，在试验台更换过程中可能造成某些参数的改变，导致试验数据偏差。喷管力学特性通常由喷管生产厂家在特定台架上进行测试，精确性可以保证，但无法反应出其安装到本体上之后的耦合力学特性；本体设计与喷管布置可通过结构设计软件进行，需兼顾结构协调性和喷管多布性；控制算法设计与验证则多通过仿真软件进行，难以真实验证侧向小型多喷管直接力控制系统在本体轨迹控制中的能力。
技术实现思路
本技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种直接力伺服测控试验台。本技术的技术解决方案是：一种直接力伺服测控试验台，包括机械结构和控制系统；所述机械结构包括本体、喷管机械接口、上底座和万向球，所述本体为柱状结构，所述喷管机械接口布置在本体的侧面，所述喷管机械接口上安装喷管，所述喷管在工作时提供相应方向的直接力；所述本体固定安装在所述上底座上，所述上底座底部沿上底座圆周方向布置所述万向球；所述控制系统包括控制器和继电器，所述控制器的输入端接收外部控制指令，所述控制器的输出端连接继电器的一端；所述继电器的另一端通过电缆连接所述喷管；所述控制器通过继电器控制所述喷管的工作。进一步地，所述机械结构还包括下底座、上底座力传感器连接块、下底座力传感器连接块和力传感器；所述下底座固定安装在所述上底座底部，所述下底座设有油槽，所述万向球放置于油槽内；所述上底座力传感器连接块和下底座力传感器连接块成正交，分别放置在所述上底座和下底座上；所述力传感器的两臂分别与上底座力传感器连接块和下底座力传感器连接块铰接；所述力传感器的测量值通过电缆反馈给控制器。进一步地，所述油槽内装有润滑油。进一步地，所述控制系统还包括用于存储数据的数据记录仪，所述数据记录仪与控制器相连接。进一步地，所述机械结构和控制系统均包括无线通信模块，所述机械结构的无线通信模块安装在本体上，所述控制系统的无线通信模块安装在控制器的输出端。进一步地，所述万向球至少有三个。进一步地，所述本体内部为中空结构。进一步地，所述本体的中空结构处安装气瓶、气瓶控制装置、燃气源或无线通信模块。进一步地，所述本体为圆筒结构，并在所述本体侧面分m层，每层布置n个喷管机械接口，每层喷管布置初始角依次增加所述m和n为正整数。进一步地，所述喷管为燃气喷管，所述燃气喷管前端安装有燃气发生器。本技术与现有技术相比的优点在于：本技术提供了一种侧向直接力控制试验系统。本技术在同一试验台上实现了直接力伺服的单喷管、多喷管的力学性能测试，同时，通过简单拆装实现了直接力伺服控制的直观演示，解决了直接力控制系统的设计、测试与验证的关键技术。在此基础上结构兼顾了喷管的布局，并具有很强的扩展性；同时既可以在系统上直接进行喷管力学特性的测试；又可以开展控制算法验证的试验。附图说明图1为本技术系统组成示意图；图2为本技术喷管布局示意图；图3为本技术喷管布局俯视图；图4为本技术运动轨迹演示模式示意图。具体实施方式本技术针对直接力伺服控制系统的设计与测试目标，专利技术一种侧向小型多喷管直接力控制试验系统，可对直接力伺服系统进行力学性能测试，同时，可实现喷管力学特性以及轨迹控制算法的在线测试与演示。本技术包括试验系统主要包括机械结构、测控制系统和电源系统三部分。机械结构由本体、喷管、托盘、上底座、下底座、万向球、力传感器及其连接块等部分组成。喷管布局为m层均布方式，每层喷管有n个，可以安装喷管实现向不同方向提供直接力的组合，若需提高直接力组合复杂度或精度，还可按此思路进一步增加喷管均布数量，为在一定体积内增加喷管数量，且保证喷管均布,每层喷管布置初始角依次增加从而能够使有限的空间内布局更多喷管；托盘、上下底座及万向球可以通过不同组合实现对试验系统的喷管力学特性测试或本体运动学控制测试，实现试验系统的多功能性；力传感器及其连接块沿正交方向布置两个，可用于测试侧向任意角度的喷管力学特性；本体结构采用了中空设计，既降低了系统重量以提升喷管控制能力，也便于喷管安装以及增加布置其它功能模块。控制系统由控制器、上位机、数据记录仪以及继电器等部分组成。其中控制器以DSP为核心，通过输入输出模块采集分析和控制相应端口；上位机通过界面软件可以实时显示采集数据或发送控制指令；数据记录仪分别通过USB通信和CAN通信连接上位机与控制器，实现数据的存储；继电器则实现控制器的弱电信号转化为喷管工作的强电开关的功能。电源系统负责为控制试验系统提供电能。通过本技术，可以根据控制试验要求在系统中搭配硬件及配套软件，方便的满足喷管力学特性测试或本体运动学控制测试等要求，实现了一种多功能、高精度的侧向直接力控制测控试验台的开发。下面通过具体实施例和附图详细说明本技术技术方案。如图1所示是本专利技术组成示意图：①本专利技术由机械结构、控制系统和电源系统组成。②如图2、图3所示，机械结构中，本体1为圆筒中空结构，并在侧面分m层，每层布置n个喷管机械接口，每层喷管布置初始角依次增加所述m和n为正整数，因此每个机械接口可视为每均布，紧凑地利用了空间，在机械接口上可安装喷管2(燃气喷管或冷气喷管)，可在工作时提供向相应方向的直接力。本例中采用的是燃气喷管，其前端安装有独立的燃气发生器，每个喷管可独立工作，增加了系统余度，提高了系统可靠性。本体安装在托盘3上，并再通过螺栓安装在上底座4上，上底座4底部沿圆周布置至少3个万向球5(本例中安装8个),万向球用于支撑上述部分在光滑平面上自由移动。而需进行单喷管或多喷管的力学特性试验测试时，可在上底座4下方放置下底座6，下底座6设置油槽，油槽内装有润滑油，万向球5可在油槽内自由滚动，润滑油可降低万向球摩擦力，从而提高测试精度。上底座4与下底座6分别正交放置上底座力传感器连接块7和下底座力传感器连接块8。力传感器9通过铰链10和销钉分别与上底座力传感器连接块7和下底座力传感器连接块8相连。③控制系统2中，控制器11的核心为DSP，并具有输入输出模块接口，DSP中的程序能保证控制器11可按上位机12中发出的控制要求对机械系统中进行信号采集或命令发送，而数据记录仪13是上位机12与控制器11中的中介，与两者分别通过USB以及CAN相连，实现上位机12与控制器11之间通信传输的同时，可存储控制器11采集的数据。而由于控制器11无法提供大功率驱动输出信号而只能提供小功率输出信号，因此可通过继电器14实现弱电控制强电，来驱动燃气喷管2工作。④电源系统包括直源电源与交流电源，用于给本专利技术中需要供电的部分提供所需电能。⑤当本专利技术进行喷管力学特性测试时，本专利技术的组成图即为图1，控制器11驱动对应的燃气喷管2工作，正交布置的两组力学传感器9可分别测试矢量分解后的力信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直接力伺服测控试验台，其特征在于：包括机械结构和控制系统；所述机械结构包括本体(1)、喷管机械接口(2)、上底座(4)和万向球(5)，所述本体(1)为柱状结构，所述喷管机械接口(2)布置在本体(1)的侧面，所述喷管机械接口(2)上安装喷管，所述喷管在工作时提供相应方向的直接力；所述本体(1)固定安装在所述上底座(4)上，所述上底座(4)底部沿上底座(4)圆周方向布置所述万向球(5)；所述控制系统包括控制器(11)和继电器(14)，所述控制器(11)的输入端接收外部控制指令，所述控制器(11)的输出端连接继电器(14)的一端；所述继电器(14)的另一端通过电缆连接所述喷管；所述控制器(11)通过继电器(14)控制所述喷管的工作。

【技术特征摘要】
1.一种直接力伺服测控试验台，其特征在于：包括机械结构和控制系统；所述机械结构包括本体(1)、喷管机械接口(2)、上底座(4)和万向球(5)，所述本体(1)为柱状结构，所述喷管机械接口(2)布置在本体(1)的侧面，所述喷管机械接口(2)上安装喷管，所述喷管在工作时提供相应方向的直接力；所述本体(1)固定安装在所述上底座(4)上，所述上底座(4)底部沿上底座(4)圆周方向布置所述万向球(5)；所述控制系统包括控制器(11)和继电器(14)，所述控制器(11)的输入端接收外部控制指令，所述控制器(11)的输出端连接继电器(14)的一端；所述继电器(14)的另一端通过电缆连接所述喷管；所述控制器(11)通过继电器(14)控制所述喷管的工作。2.根据权利要求1所述的一种直接力伺服测控试验台，其特征在于：所述机械结构还包括下底座(6)、上底座力传感器连接块(7)、下底座力传感器连接块(8)和力传感器(9)；所述下底座(6)固定安装在所述上底座(4)底部，所述下底座(6)设有油槽，所述万向球(5)放置于油槽内；所述上底座力传感器连接块(7)和下底座力传感器连接块(8)成正交，分别放置在所述上底座(4)和下底座(6)上；所述力传感器(9)的两臂分别与上底座力传感器连接块(7)和下底座力传感器连接块(8)铰接；所述力传感器(9)的测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋满存，梁赞，付春雨，杨绪钊，牟蓬涛，
申请(专利权)人：北京精密机电控制设备研究所，
类型：新型
国别省市：北京,11