一种基于电动加载的舵机负载模拟装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于机械领域，具体涉及一种基于电动加载的舵机负载模拟装置。该装置包括四工位力矩加载通道，总体布局按照四通道十字对称分布，四个力矩加载通道相互独立，每个通道为一台被测舵机提供加载；每通道包括依次相连的低惯量力矩电机、力矩传感器、输出轴法兰；输出轴法兰与模拟舵舱相连，模拟舵舱连接有被测舵机。该装置显著降低了多余力对控制系统的影响，而且提高了加载系统的动态特性，具有动态性能高和多余力显著降低的特点，满足地面半实物试验中对舵机动态特性测试的实际使用要求。

【技术实现步骤摘要】
—种基于电动加载的舵机负载模拟装置
本技术属于机械领域，具体涉及一种基于电动加载的舵机负载模拟装置。
技术介绍
负载模拟装置是飞行器研发过程中进行地面大型半实物仿真必不可少的重要试验系统，也是研究和测试舵机特性的专用力矩加载设备，用于模拟导弹在飞行过程中作用于舵面上的气动力，以及舵面摆动过程中所受的惯性力和摩擦力等载荷，从而实现在试验室环境下，考核舵机在近似实际载荷作用下的动态性能。 现有负载模拟装置按照驱动元件的不同主要分为液压负载模拟系统和电动负载模拟系统两种，液压负载模拟系统选用阀控作动缸(或液压马达)作为加载设备的核心元件，电动负载模拟系统选用电机作为加载设备的核心元件，二者存在以下不足: I)液压负载模拟系统使用时需配备能源系统，存在漏油、不便于维护等不足，而且由于作动缸内流体流量变化产生多余力，多余力不易控制。 2)电动负载模拟系统虽然克服了液压负载模拟系统漏油等固有缺点，维护简便、工作噪音小、无污染，适合在试验室环境下使用。但是现有电动负载模拟系统多用于小载荷加载，通常采用直流电机和减速机构的方案，由于较高的转动惯量带来较大的多余力，该多余力不易控制和消除，且高频信号下多余力显著，力矩加载与被测对象运动位置不能完全同步。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种基于电动加载的舵机负载模拟装置，为飞行器研制过程中研究和测试舵机特性提供一种可以模拟飞行器在飞行过程中作用于舵面上的气动力，以及舵面摆动过程中所受的惯性力和摩擦力等载荷的力矩加载设备，从而实现在试验室环境下，考核舵机在近似实际载荷作用下的动态性能。 本技术所采用的技术方案是: —种基于电动加载的舵机负载模拟装置，包括四工位力矩加载通道，总体布局按照四通道十字对称分布，四个力矩加载通道相互独立，每个通道为一台被测舵机提供加载；每通道包括依次相连的低惯量力矩电机、力矩传感器、输出轴法兰；输出轴法兰与模拟舵舱相连，模拟舵舱连接有被测舵机。 如上所述的一种基于电动加载的舵机负载模拟装置，其中:所述低惯量力矩电机位于电机座上，且与输出轴法兰采用整体式支座，保证同轴度；力矩传感器通过胀紧联轴器分别与低惯量力矩电机和输出轴法兰连接。 如上所述的一种基于电动加载的舵机负载模拟装置，其中:所述模拟舵舱位于舵机座上，舵机座和电机座均安装在试验台面上，可随导轨移动。 如上所述的一种基于电动加载的舵机负载模拟装置，其中:所述低惯量力矩电机由电机驱动器控制，电机驱动器接收力矩加载控制器输出的电机驱动指令，且电机驱动器输出舵偏角给力矩加载控制器；被测舵机由舵机控制器控制，舵机控制器接收仿真计算机给出的舵机位置指令；仿真计算机还将力矩指令和位置指令发送给力矩加载控制器，力矩传感器将力矩反馈发送至力矩加载控制器。 本技术的有益效果是: 1.该舵机负载模拟装置采用了低惯量大扭矩电机和位置预测的电动加载结构，显著降低了多余力对控制系统的影响，而且提高了加载系统的动态特性，具有动态性能高和多余力显著降低的特点，满足地面半实物试验中对舵机动态特性测试的实际使用要求。 2.该装置选用直驱力矩电机作为加载设备的核心元件，在控制、维护和成本等方面比液压负载模拟系统相比较，具有小载荷跟踪能力强、加载分辨率高；系统特性稳定，受环境因素影响小；加载结构为旋转运动，适于力矩加载；体积小、维护简便；工作噪音小、无污染，适合在试验室环境下使用。 3.该装置输出的力矩可以自定义载荷谱，可以准确模拟飞行器在飞行过程中作用于舵面上的气动力，以及舵面摆动过程中所受的惯性力和摩擦力等载荷，从而实现在试验室环境下，考核舵机在近似实际载荷作用下的动态性能。 4.该装置采用基于低惯量大扭矩直驱电机和位置预测控制算法的电动加载技术，包括四工位加载通道，4个力矩加载通道相互独立，每通道采用力矩指令实时采集、加载控制器进行力矩实时加载、舵偏角连续采集、交流永磁同步电机驱动、加载电机输出轴与舵机输出轴机械连接的加载控制总体方案，克服了液压负载模拟装置存在的漏油、不便于维护等不足。 5.本技术总体布局按照四通道十字对称分布，加载输出轴采用高精度球轴承支承，降低摩擦力矩；电机与输出轴采用整体式支座，一次精密加工形成，精确保证电机轴与输出轴的同轴度，避免扭矩传感器产生额外力矩；力矩传感器通过胀紧联轴器分别与电机和输出轴实现无间隙连接，避免间隙对系统动态性能的影响；所有零部件均安装在电机座上，可随导轨方便移动；输出轴法兰与被测舵机之间采用高扭转刚度的弹性连轴器连接，可补偿输出轴与舵机轴之间的安装误差。 【附图说明】 图1为本技术提供的一种基于电动加载的舵机负载模拟装置的总体结构俯视图； 图2为本技术的单通道加载结构图； 图3为加载控制结构示意图； 图中，1.被测舵机，2.模拟舵舱，3.输出轴法兰，4.力矩传感器，5.低惯量力矩电机，6.电机座，7.舵机座，8.试验台面。 【具体实施方式】 下面结合附图和实施例对本技术提供的一种基于电动加载的舵机负载模拟装置进行介绍: 如图1?2所示，一种基于电动加载的舵机负载模拟装置，包括四工位力矩加载通道，总体布局按照四通道十字对称分布，四个力矩加载通道相互独立，每个通道为一台被测舵机I提供加载；每通道包括依次相连的低惯量力矩电机5、力矩传感器4、输出轴法兰3 ；输出轴法兰3与模拟舵舱2相连，模拟舵舱2连接有被测舵机I ;低惯量力矩电机5位于电机座6上，且与输出轴法兰3采用整体式支座，一次精密加工形成，精确保证同轴度，避免扭矩传感器产生额外力矩；力矩传感器4通过胀紧联轴器分别与低惯量力矩电机5和输出轴法兰3实现无间隙连接，避免间隙对系统动态性能的影响；模拟舵舱2位于舵机座7上，舵机座7和电机座6均安装在试验台面8上，可随导轨方便移动；输出轴法兰3与被测舵机I之间采用高扭转刚度的弹性连轴器连接。模拟舵舱2安装于舵机座7上，可补偿输出轴与舵机轴之间的安装误差。 如图3所示，四通道加载控制均相同，每通道均包含一台力矩加载控制器，可以接收来自仿真计算机的数字式或模拟式力矩指令，并同步接收仿真计算机发给舵机的位置指令，该位置指令在力矩加载控制器内部进行位置预测处理；同时，力矩加载控制器实时采集力矩传感器信号，与力矩指令形成负反馈后进行力矩闭环控制；而且，力矩加载控制器通过电机驱动器采集低惯量力矩电机位置编码器所反馈的舵偏角，并由力矩加载控制器按照用户在上位机预先定义的载荷谱，发出舵机在当前舵偏角下的力矩电机驱动指令，并最终由工作在内部力矩控制模式的低惯量力矩电机直接同轴施力给舵机输出轴。 本技术的工作原理是:电动加载执行元件为低惯量大扭矩力矩电机，加载对象为舵机伺服系统，二者通过力矩传感器及刚性轴系连接。在动态加载中，舵机按照仿真计算机的位置指令动作，加载系统跟随其运动，并同时施加负载力矩。加载装置必须保证按照仿真计算机定义的载荷谱指令施加力矩，加载装置需要获取舵机实际准确的摆角位置作为施加载荷的依据。若加载装置按照仿真计算机发送的与舵机位置指令对应的力矩指令加载力矩，由于舵机在进行位置闭环时存在幅值衰减和相位滞后，因此若直接使用舵机位置指令进行加载，力矩误差是很大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电动加载的舵机负载模拟装置，其特征在于：包括四工位力矩加载通道，总体布局按照四通道十字对称分布，四个力矩加载通道相互独立，每个通道为一台被测舵机(1)提供加载；每通道包括依次相连的低惯量力矩电机(5)、力矩传感器(4)、输出轴法兰(3)；输出轴法兰(3)与模拟舵舱(2)相连，模拟舵舱(2)连接有被测舵机(1)。

【技术特征摘要】
1.一种基于电动加载的舵机负载模拟装置，其特征在于:包括四工位力矩加载通道，总体布局按照四通道十字对称分布，四个力矩加载通道相互独立，每个通道为一台被测舵机(I)提供加载；每通道包括依次相连的低惯量力矩电机(5)、力矩传感器(4)、输出轴法兰(3);输出轴法兰(3)与模拟舵舱(2)相连，模拟舵舱(2)连接有被测舵机(I)。2.根据权利要求1所述的一种基于电动加载的舵机负载模拟装置，其特征在于:所述低惯量力矩电机(5)位于电机座(6)上，且与输出轴法兰(3)采用整体式支座，保证同轴度；力矩传感器(4)通过胀紧联轴器分别与低惯量力矩电机(5)和输出轴法兰(3)连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：王跃轩，黄玉平，陈俊杰，张中哲，赵国平，潘静，
申请(专利权)人：北京精密机电控制设备研究所，中国运载火箭技术研究院，
类型：新型
国别省市：北京;11