一種電動(dòng)負(fù)載模擬器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及自動(dòng)化領(lǐng)域，特別是一種電動(dòng)負(fù)載模擬器。
【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)負(fù)載模擬器是各種飛行器在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行地面半實(shí)物仿真的重要設(shè)備之一，用于模擬飛行器在飛行過(guò)程中作用在舵面上的氣動(dòng)載荷。負(fù)載模擬器經(jīng)歷了機(jī)械式、電液式和電動(dòng)式三個(gè)發(fā)展階段。如今著電機(jī)性能的不斷改善和提高，電動(dòng)負(fù)載模擬器可以實(shí)現(xiàn)大力矩、高精度、寬頻帶的負(fù)載模擬，逐步成為中小型加載系統(tǒng)的一個(gè)很好選擇。對(duì)于一個(gè)加載系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，加載精度和響應(yīng)時(shí)間是衡量其性能好壞的關(guān)鍵。由于執(zhí)行器和被測(cè)對(duì)象通過(guò)聯(lián)軸器直接耦合，所以舵機(jī)的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)會(huì)致使執(zhí)行器被動(dòng)跟隨舵機(jī)運(yùn)動(dòng)，在這個(gè)過(guò)程中就會(huì)出現(xiàn)多余力矩，而能否減小或消除，多余力矩的干擾是影響系統(tǒng)性能好壞的重要因素。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]針對(duì)上述存在的會(huì)產(chǎn)生多余力矩的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種電動(dòng)負(fù)載模擬器。
[0004]一種電動(dòng)負(fù)載模擬器，包括:主控計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、力矩電機(jī)、彈簧桿、電動(dòng)缸、扭矩傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、拉壓力傳感器、舵機(jī)。其特征在于:結(jié)構(gòu)軸，電機(jī)軸的一端和電機(jī)內(nèi)的夾緊裝置聯(lián)接另一端聯(lián)接外部的聯(lián)軸器，工裝軸一端與舵機(jī)軸相連，另一端與相鄰的軸通過(guò)聯(lián)軸器連接。
[0005]—種電動(dòng)負(fù)載模擬器的結(jié)構(gòu)軸，電機(jī)軸米用空心軸，軸材質(zhì)選用45號(hào)鋼，空心軸內(nèi)徑取值范圍為16mm~20mm，空心軸外徑取值范圍為34mm~38mm。電機(jī)軸在工作工程中，主要是傳遞扭矩，彎矩相對(duì)于扭矩可以忽略。
[0006]一種電動(dòng)負(fù)載模擬器的結(jié)構(gòu)軸，工裝軸的直徑為40mm，工裝軸的長(zhǎng)度為110mm。工裝軸在工作工程中不僅傳遞轉(zhuǎn)矩，還要承受彎矩加載裝置對(duì)其施加的彎矩。
[0007]本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)軸的彈簧桿選用的材質(zhì)是20Cr合金鋼。
[0008]一種電動(dòng)負(fù)載模擬器其工作方法為:(I)主控計(jì)算機(jī)設(shè)定加載模式和加載力矩值，給出驅(qū)動(dòng)信號(hào)；(2)直流力矩電機(jī)提供負(fù)載扭矩，并由高精度扭矩傳感器檢測(cè)并配合高精度數(shù)據(jù)放大器獲得輸出扭矩信號(hào)，扭矩信號(hào)反饋到運(yùn)動(dòng)控制卡中形成力矩閉環(huán)控制，經(jīng)與驅(qū)動(dòng)信號(hào)比較得到調(diào)節(jié)誤差，以跟蹤加載指令，完成動(dòng)、靜態(tài)扭矩加載；(3)伺服電動(dòng)缸提供負(fù)載彎矩，施加的推拉力由高精度拉壓力傳感器檢測(cè)，力信號(hào)反饋到運(yùn)動(dòng)控制卡中形成力閉環(huán)控制，以跟蹤加載指令，完成彎矩加載；(4)采用彈簧桿降低負(fù)載模擬器的連接剛度和多余力矩，減少加載轉(zhuǎn)矩的高頻分量，抑制系統(tǒng)振蕩，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；(5)舵機(jī)位置指令和轉(zhuǎn)角反饋信號(hào)分別由A/D、D/A卡產(chǎn)生和接收，實(shí)現(xiàn)舵機(jī)位置伺服控制和內(nèi)置轉(zhuǎn)角反饋信號(hào)的記錄。該位置信號(hào)將與旋轉(zhuǎn)編碼器采集的轉(zhuǎn)角信號(hào)進(jìn)行比對(duì)。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型采用力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載來(lái)減少機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高精度和快速響應(yīng)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，綜合考慮了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和剛度對(duì)多余力矩的影響，并且在縮短響應(yīng)時(shí)間的同時(shí)盡量減小多余力矩。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型的原理框圖。
[0011]其中，1-運(yùn)動(dòng)控制卡、2-伺服驅(qū)動(dòng)器1、3_電動(dòng)缸、4-拉壓力傳感器、5-舵機(jī)、6-舵伺服放大器、7-旋轉(zhuǎn)編碼器、8-扭矩傳感器、9-力矩電機(jī)、10-伺服驅(qū)動(dòng)器2、11_采集卡、12-運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)卡、13-數(shù)模轉(zhuǎn)換器、14-數(shù)模轉(zhuǎn)換器、15-主控計(jì)算機(jī)、。
【具體實(shí)施方式】
[0012]一種電動(dòng)負(fù)載模擬器，包括:主控計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、力矩電機(jī)、彈簧桿、電動(dòng)缸、扭矩傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、拉壓力傳感器、舵機(jī)。其特征在于:結(jié)構(gòu)軸，電機(jī)軸的一端和電機(jī)內(nèi)的夾緊裝置聯(lián)接另一端聯(lián)接外部的聯(lián)軸器，電機(jī)軸主要是用來(lái)傳遞扭矩，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中同時(shí)受彎曲應(yīng)力和扭應(yīng)力，工裝軸一端與舵機(jī)軸相連，另一端與相鄰的軸通過(guò)聯(lián)軸器連接，電機(jī)軸和工裝軸在足夠強(qiáng)度的基礎(chǔ)上要求扭轉(zhuǎn)變形小，并且盡量減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
[0013]一種電動(dòng)負(fù)載模擬器的結(jié)構(gòu)軸，其特征在于:電機(jī)軸采用空心軸，軸材質(zhì)選用45號(hào)鋼，空心軸內(nèi)徑取值范圍為16mm~20mm，空心軸外徑取值范圍為34mm~38mm。電機(jī)軸在工作過(guò)程中，主要是傳遞扭矩，彎矩相對(duì)于扭矩可以忽略，因此，只需要按扭矩進(jìn)行校核。試驗(yàn)結(jié)果表明，在載荷相等的條件下，合理壁厚的空心軸的設(shè)計(jì)在很大程度上節(jié)約材料。實(shí)現(xiàn)減重的目標(biāo)，滿足機(jī)械的最優(yōu)化設(shè)計(jì)理念。對(duì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要求盡量減小部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
[0014]一種電動(dòng)負(fù)載模擬器的結(jié)構(gòu)軸，其特征在于:工裝軸的直徑為40mm，工裝軸的長(zhǎng)度為110_。工裝軸在工作工程中不僅傳遞轉(zhuǎn)矩，還要承受彎矩加載裝置對(duì)其施加的彎矩。
[0015]一種電動(dòng)負(fù)載模擬器的結(jié)構(gòu)軸，其特征在于:彈簧桿選用的材質(zhì)是20Cr合金鋼。彈簧桿在結(jié)構(gòu)中只承受扭矩的作用，彈簧桿的剛度系數(shù)K對(duì)電動(dòng)負(fù)載模擬器的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能指標(biāo)均有顯著影響。剛度系數(shù)小，則系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)緩慢，系統(tǒng)頻帶減少；而剛度系數(shù)過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，使系統(tǒng)控制及多余力矩消除難度增大。
[0016]—種電動(dòng)負(fù)載模擬器，其工作方法為:
[0017]( I)主控計(jì)算機(jī)是負(fù)載模擬器控制系統(tǒng)的核心，設(shè)定加載模式和加載力矩值，給出驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0018](2)負(fù)載扭矩由直流力矩電機(jī)提供，并由高精度扭矩傳感器檢測(cè)并配合高精度數(shù)據(jù)放大器獲得輸出扭矩信號(hào)，扭矩信號(hào)反饋到運(yùn)動(dòng)控制卡中形成力矩閉環(huán)控制，經(jīng)與驅(qū)動(dòng)信號(hào)比較得到調(diào)節(jié)誤差，以跟蹤加載指令，完成動(dòng)、靜態(tài)扭矩加載。
[0019](3)負(fù)載彎矩由伺服電動(dòng)缸提供，它能夠?qū)崿F(xiàn)幾百到幾萬(wàn)牛力加載，施加的推拉力由高精度拉壓力傳感器檢測(cè)，力信號(hào)反饋到運(yùn)動(dòng)控制卡中形成力閉環(huán)控制，以跟蹤加載指令，完成彎矩加載。
[0020](4)采用彈簧桿作為連接緩沖機(jī)構(gòu)，降低負(fù)載模擬器的連接剛度和多余力矩，減少加載轉(zhuǎn)矩的尚頻分量，抑制系統(tǒng)振蕩，有利于提尚系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0021](5)舵機(jī)位置指令和轉(zhuǎn)角反饋信號(hào)分別由A/D、D/A卡產(chǎn)生和接收，實(shí)現(xiàn)舵機(jī)位置伺服控制和內(nèi)置轉(zhuǎn)角反饋信號(hào)的記錄。該位置信號(hào)將與旋轉(zhuǎn)編碼器采集的轉(zhuǎn)角信號(hào)進(jìn)行比對(duì)。
[0022]實(shí)施例1:一種電動(dòng)負(fù)載模擬器的電機(jī)軸米用空心軸，軸材質(zhì)選用45號(hào)鋼，空心軸內(nèi)徑取值為18mm，空心軸外徑取值為36mm。
[0023]實(shí)施例2:一種電動(dòng)負(fù)載模擬器的電機(jī)軸米用空心軸，軸材質(zhì)選用45號(hào)鋼，空心軸內(nèi)徑取值為16mm，空心軸外徑取值為38mm。
[0024]實(shí)施例3:—種電動(dòng)負(fù)載模擬器的電機(jī)軸采用空心軸，軸材質(zhì)選用45號(hào)鋼，空心軸內(nèi)徑取值為20mm，空心軸外徑取值為34mm。
[0025]加載條件分為:靜態(tài)加載5310TN mm，動(dòng)態(tài)加載梯度120 / TNm, 15fHz，正弦加載；工裝軸彎矩加載中所受的徑向力10000 FN，其屈服極限為355MPa。靜態(tài)加載下，電機(jī)軸的最大變形為0.034982mm，滿足工作要求；受到的最大應(yīng)力為62.206MPa，低于材料的屈服極限，滿足工作要求。動(dòng)態(tài)加載下，電機(jī)軸的最大變形為0.027951 mm，滿足工作要求；受到的最大應(yīng)力為47.156MPa，低于材料的屈服極限，滿足工作要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電動(dòng)負(fù)載模擬器，包括:主控計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡(I)、力矩電機(jī)(9)、彈簧桿、電動(dòng)缸(3)、扭矩傳感器(8)、旋轉(zhuǎn)編碼器(7)、拉壓力傳感器(4)、舵機(jī)(5)，其特征在于:結(jié)構(gòu)軸部分，電機(jī)軸的一端和電機(jī)內(nèi)的夾緊裝置聯(lián)接，另一端聯(lián)接外部的聯(lián)軸器，工裝軸一端與舵機(jī)軸相連，另一端與相鄰的軸通過(guò)聯(lián)軸器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)負(fù)載模擬器，其特征在于:電機(jī)軸采用空心軸，軸材質(zhì)選用45號(hào)鋼，空心軸內(nèi)徑取值范圍為16mm~20mm，空心軸外徑取值范圍為34mm~38mm0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)負(fù)載模擬器，其特征在于:工裝軸的直徑為40_，工裝軸的長(zhǎng)度為110mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)負(fù)載模擬器，其特征在于:彈簧桿選用的材質(zhì)是20Cr合金鋼。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電動(dòng)負(fù)載模擬器，其特征在于:電機(jī)軸采用空心軸，軸材質(zhì)選用45號(hào)鋼，空心軸內(nèi)徑取值為18臟，空心軸外徑取值為36mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電動(dòng)負(fù)載模擬器，其特征在于:電機(jī)軸采用空心軸，軸材質(zhì)選用45號(hào)鋼，空心軸內(nèi)徑取值為16臟，空心軸外徑取值為38mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電動(dòng)負(fù)載模擬器，其特征在于:電機(jī)軸采用空心軸，軸材質(zhì)選用45號(hào)鋼，空心軸內(nèi)徑取值為20mm，空心軸外徑取值為34mm。
【專利摘要】一種電動(dòng)負(fù)載模擬器，包括：主控計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、力矩電機(jī)、彈簧桿、電動(dòng)缸、扭矩傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、拉壓力傳感器、舵機(jī)，結(jié)構(gòu)軸部分，電機(jī)軸的一端和電機(jī)內(nèi)的夾緊裝置聯(lián)接另一端聯(lián)接外部的聯(lián)軸器，工裝軸一端與舵機(jī)軸相連，另一端與相鄰的軸通過(guò)聯(lián)軸器連接。針對(duì)舵機(jī)在空氣中所受的不同載荷，提出了一種扭矩和彎矩可以同時(shí)加載的復(fù)合力加載系統(tǒng)并給出了系統(tǒng)的總體方案，對(duì)電動(dòng)負(fù)載模擬器結(jié)構(gòu)中的電機(jī)軸、彈簧桿、工裝軸，使得系統(tǒng)在滿足實(shí)際要求的前提下達(dá)到最優(yōu)。
【IPC分類】G09B25-02
【公開(kāi)號(hào)】CN204375317
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420766915
【發(fā)明人】楊凌云
【申請(qǐng)人】成都創(chuàng)客之家科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2014年12月9日