一種電動負載模擬器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及自動化領域，特別是一種電動負載模擬器。
【背景技術】
[0002]電動負載模擬器是各種飛行器在設計階段進行地面半實物仿真的重要設備之一，用于模擬飛行器在飛行過程中作用在舵面上的氣動載荷。負載模擬器經歷了機械式、電液式和電動式三個發展階段。如今著電機性能的不斷改善和提高，電動負載模擬器可以實現大力矩、高精度、寬頻帶的負載模擬，逐步成為中小型加載系統的一個很好選擇。對于一個加載系統來說，加載精度和響應時間是衡量其性能好壞的關鍵。由于執行器和被測對象通過聯軸器直接耦合，所以舵機的主動運動會致使執行器被動跟隨舵機運動，在這個過程中就會出現多余力矩，而能否減小或消除，多余力矩的干擾是影響系統性能好壞的重要因素。
【實用新型內容】
[0003]針對上述存在的會產生多余力矩的問題，本實用新型提供了一種電動負載模擬器。
[0004]一種電動負載模擬器，包括:主控計算機、運動控制卡、力矩電機、彈簧桿、電動缸、扭矩傳感器、旋轉編碼器、拉壓力傳感器、舵機。其特征在于:結構軸，電機軸的一端和電機內的夾緊裝置聯接另一端聯接外部的聯軸器，工裝軸一端與舵機軸相連，另一端與相鄰的軸通過聯軸器連接。
[0005]—種電動負載模擬器的結構軸，電機軸米用空心軸，軸材質選用45號鋼，空心軸內徑取值范圍為16mm~20mm，空心軸外徑取值范圍為34mm~38mm。電機軸在工作工程中，主要是傳遞扭矩，彎矩相對于扭矩可以忽略。
[0006]一種電動負載模擬器的結構軸，工裝軸的直徑為40mm，工裝軸的長度為110mm。工裝軸在工作工程中不僅傳遞轉矩，還要承受彎矩加載裝置對其施加的彎矩。
[0007]本實用新型結構軸的彈簧桿選用的材質是20Cr合金鋼。
[0008]一種電動負載模擬器其工作方法為:(I)主控計算機設定加載模式和加載力矩值，給出驅動信號；(2)直流力矩電機提供負載扭矩，并由高精度扭矩傳感器檢測并配合高精度數據放大器獲得輸出扭矩信號，扭矩信號反饋到運動控制卡中形成力矩閉環控制，經與驅動信號比較得到調節誤差，以跟蹤加載指令，完成動、靜態扭矩加載；(3)伺服電動缸提供負載彎矩，施加的推拉力由高精度拉壓力傳感器檢測，力信號反饋到運動控制卡中形成力閉環控制，以跟蹤加載指令，完成彎矩加載；(4)采用彈簧桿降低負載模擬器的連接剛度和多余力矩，減少加載轉矩的高頻分量，抑制系統振蕩，提高系統的穩定性；(5)舵機位置指令和轉角反饋信號分別由A/D、D/A卡產生和接收，實現舵機位置伺服控制和內置轉角反饋信號的記錄。該位置信號將與旋轉編碼器采集的轉角信號進行比對。
[0009]本實用新型的有益效果:本實用新型采用力矩電機直接驅動負載來減少機械傳動機構實現高精度和快速響應，在結構設計的過程中，綜合考慮了系統的轉動慣量和剛度對多余力矩的影響，并且在縮短響應時間的同時盡量減小多余力矩。
【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型的原理框圖。
[0011]其中，1-運動控制卡、2-伺服驅動器1、3_電動缸、4-拉壓力傳感器、5-舵機、6-舵伺服放大器、7-旋轉編碼器、8-扭矩傳感器、9-力矩電機、10-伺服驅動器2、11_采集卡、12-運動驅動卡、13-數模轉換器、14-數模轉換器、15-主控計算機、。
【具體實施方式】
[0012]一種電動負載模擬器，包括:主控計算機、運動控制卡、力矩電機、彈簧桿、電動缸、扭矩傳感器、旋轉編碼器、拉壓力傳感器、舵機。其特征在于:結構軸，電機軸的一端和電機內的夾緊裝置聯接另一端聯接外部的聯軸器，電機軸主要是用來傳遞扭矩，在轉動過程中同時受彎曲應力和扭應力，工裝軸一端與舵機軸相連，另一端與相鄰的軸通過聯軸器連接，電機軸和工裝軸在足夠強度的基礎上要求扭轉變形小，并且盡量減小轉動慣量。
[0013]一種電動負載模擬器的結構軸，其特征在于:電機軸采用空心軸，軸材質選用45號鋼，空心軸內徑取值范圍為16mm~20mm，空心軸外徑取值范圍為34mm~38mm。電機軸在工作過程中，主要是傳遞扭矩，彎矩相對于扭矩可以忽略，因此，只需要按扭矩進行校核。試驗結果表明，在載荷相等的條件下，合理壁厚的空心軸的設計在很大程度上節約材料。實現減重的目標，滿足機械的最優化設計理念。對系統來說，要求盡量減小部件的轉動慣量。
[0014]一種電動負載模擬器的結構軸，其特征在于:工裝軸的直徑為40mm，工裝軸的長度為110_。工裝軸在工作工程中不僅傳遞轉矩，還要承受彎矩加載裝置對其施加的彎矩。
[0015]一種電動負載模擬器的結構軸，其特征在于:彈簧桿選用的材質是20Cr合金鋼。彈簧桿在結構中只承受扭矩的作用，彈簧桿的剛度系數K對電動負載模擬器的動態和靜態性能指標均有顯著影響。剛度系數小，則系統動態響應緩慢，系統頻帶減少；而剛度系數過大，會導致系統穩定性下降，使系統控制及多余力矩消除難度增大。
[0016]—種電動負載模擬器，其工作方法為:
[0017]( I)主控計算機是負載模擬器控制系統的核心，設定加載模式和加載力矩值，給出驅動信號。
[0018](2)負載扭矩由直流力矩電機提供，并由高精度扭矩傳感器檢測并配合高精度數據放大器獲得輸出扭矩信號，扭矩信號反饋到運動控制卡中形成力矩閉環控制，經與驅動信號比較得到調節誤差，以跟蹤加載指令，完成動、靜態扭矩加載。
[0019](3)負載彎矩由伺服電動缸提供，它能夠實現幾百到幾萬牛力加載，施加的推拉力由高精度拉壓力傳感器檢測，力信號反饋到運動控制卡中形成力閉環控制，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構，降低負載模擬器的連接剛度和多余力矩，減少加載轉矩的尚頻分量，抑制系統振蕩，有利于提尚系統的穩定性。
[0021](5)舵機位置指令和轉角反饋信號分別由A/D、D/A卡產生和接收，實現舵機位置伺服控制和內置轉角反饋信號的記錄。該位置信號將與旋轉編碼器采集的轉角信號進行比對。
[0022]實施例1:一種電動負載模擬器的電機軸米用空心軸，軸材質選用45號鋼，空心軸內徑取值為18mm，空心軸外徑取值為36mm。
[0023]實施例2:一種電動負載模擬器的電機軸米用空心軸，軸材質選用45號鋼，空心軸內徑取值為16mm，空心軸外徑取值為38mm。
[0024]實施例3:—種電動負載模擬器的電機軸采用空心軸，軸材質選用45號鋼，空心軸內徑取值為20mm，空心軸外徑取值為34mm。
[0025]加載條件分為:靜態加載5310TN mm，動態加載梯度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。靜態加載下，電機軸的最大變形為0.034982mm，滿足工作要求；受到的最大應力為62.206MPa，低于材料的屈服極限，滿足工作要求。動態加載下，電機軸的最大變形為0.027951 mm，滿足工作要求；受到的最大應力為47.156MPa，低于材料的屈服極限，滿足工作要求。
【主權項】
1.一種電動負載模擬器，包括:主控計算機、運動控制卡(I)、力矩電機(9)、彈簧桿、電動缸(3)、扭矩傳感器(8)、旋轉編碼器(7)、拉壓力傳感器(4)、舵機(5)，其特征在于:結構軸部分，電機軸的一端和電機內的夾緊裝置聯接，另一端聯接外部的聯軸器，工裝軸一端與舵機軸相連，另一端與相鄰的軸通過聯軸器連接。
2.根據權利要求1所述的一種電動負載模擬器，其特征在于:電機軸采用空心軸，軸材質選用45號鋼，空心軸內徑取值范圍為16mm~20mm，空心軸外徑取值范圍為34mm~38mm0
3.根據權利要求1所述的一種電動負載模擬器，其特征在于:工裝軸的直徑為40_，工裝軸的長度為110mm。
4.根據權利要求1所述的一種電動負載模擬器，其特征在于:彈簧桿選用的材質是20Cr合金鋼。
5.根據權利要求2所述的一種電動負載模擬器，其特征在于:電機軸采用空心軸，軸材質選用45號鋼，空心軸內徑取值為18臟，空心軸外徑取值為36mm。
6.根據權利要求2所述的一種電動負載模擬器，其特征在于:電機軸采用空心軸，軸材質選用45號鋼，空心軸內徑取值為16臟，空心軸外徑取值為38mm。
7.根據權利要求2所述的一種電動負載模擬器，其特征在于:電機軸采用空心軸，軸材質選用45號鋼，空心軸內徑取值為20mm，空心軸外徑取值為34mm。
【專利摘要】一種電動負載模擬器，包括：主控計算機、運動控制卡、力矩電機、彈簧桿、電動缸、扭矩傳感器、旋轉編碼器、拉壓力傳感器、舵機，結構軸部分，電機軸的一端和電機內的夾緊裝置聯接另一端聯接外部的聯軸器，工裝軸一端與舵機軸相連，另一端與相鄰的軸通過聯軸器連接。針對舵機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加載的復合力加載系統并給出了系統的總體方案，對電動負載模擬器結構中的電機軸、彈簧桿、工裝軸，使得系統在滿足實際要求的前提下達到最優。
【IPC分類】G09B25-02
【公開號】CN204375317
【申請號】CN201420766915
【發明人】楊凌云
【申請人】成都創客之家科技有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2014年12月9日