隨動系統負載的電液伺服模擬裝置的製作方法
2023-06-06 12:09:11 2
專利名稱：隨動系統負載的電液伺服模擬裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在實驗室條件下採用電液伺服方式模擬隨動系統中的負載，如靜阻力矩、 正弦力矩、慣性力矩、衝擊力矩等，屬於機械仿真技術領域。
背景技術：
負載模擬加載方式有磁粉制動器加載方式、電動機電控加載方式和電液伺服加載方式三 種。目前用電液伺服加載方式實現負載模擬的裝置常用於模擬飛行器在飛行過程中舵面所受 的空氣動力矩。 一篇名稱為"速度同步控制電液負載模擬器"、申請號為02116591.2的中國 發明專利申請公開說明書公開了一種典型方案，見圖l所示，左側為位置伺服系統l，控制飛 行器舵面的偏轉，該系統也就是所說的隨動系統。右側為力矩伺服系統2，產生加載力矩。中 間為慣量負載模擬裝置3，由飛輪4提供一個慣性力矩。力矩伺服系統2及慣量負載模擬裝置3 共同對舵機5加載模擬負載。位置伺服系統1的工作過程是由舵機驅動器6驅動舵機伺服閥7控 制舵機5運動，編碼器8將舵機5的位置信號反饋給舵機驅動器6，從而實現舵機5的位置控制， 對於實際飛行的飛行器，則驅動飛行器舵面運動。力矩伺服系統2是一種電液伺服系統，由加 載控制器9、加載伺服閥IO、加載馬達ll、力矩傳感器12、編碼器13等組成。力矩指令通過加 載控制器9驅動加載伺服闊10，控制加載馬達ll。由力矩傳感器12、編碼器13將加載馬達11 的位置和力矩信號反饋給加載控制器9，實現加載力矩的模擬。舵機5、飛輪4和加載馬達11 三者同軸連接， 一同運動。所述速度同步控制電液負載模擬器在工作過程中根據給定力矩信 號為舵機施加負載，模擬飛行器飛行時所受到的空氣動力矩，同時提供慣性力矩。
在現有技術中，電液伺服系統所採用的加載馬達通常只有一個，也有採用兩個馬達組成 雙聯馬達的方案，兩個馬達相同且同軸，在工作中均作為馬達使用，實現大功率平穩輸出。
發明內容
有些隨動系統其負載的種類多樣，不限於一、兩種，常常多達四種，如艦船上的炮塔或 者行走炮塔的驅動電機其負載就有靜阻力矩、正弦力矩、慣性力矩、衝擊力矩等，並且，不 同的隨動系統其運行功率、速度等均不同，力矩的大小變化範圍較寬。在這些隨動系統電機 的試驗中，就要求負載模擬裝置能夠提供多種力矩，並且能夠根據隨動系統的不同，加載不 同大小的力矩。而已知技術模擬的負載單一，採用飛輪方式模擬慣性力矩其弊端更多，不僅 在模擬裝置中設置這一部件，而且，對該部件精度的要求很高，模擬慣性力矩大小的不同，使用的飛輪也不同。現有技術中的雙聯馬達尚未應用到隨動系統負載的模擬裝置中。為了提 供一種能夠模擬多種力矩，並且，所模擬的力矩的大小能夠根據任意給定的力矩信號調整， 我們提出了本發明之隨動系統負載的電液伺服模擬裝置。
本發明是這樣實現的，見圖2所示，該裝置由高頻工作液壓馬達14、高頻工作液壓馬達 換向閥15、高頻工作液壓馬達伺服閥16、低頻工作液壓馬達17、低頻工作液壓馬達換向閥 18、低頻工作液壓馬達伺服閥19、高壓泵20、力矩傳感器21、編碼器22和主控計算機23 構成；高頻工作液壓馬達14和低頻工作液壓馬達17組成雙聯馬達，二者同軸；力矩傳感器 21和編碼器22安裝在所述雙聯馬達力矩輸出軸上，並分別與主控計算機23電連接；主控計 算機23與高頻工作液壓馬達伺服閥16、低頻工作液壓馬達伺服閥19各自的閥驅動器分別電 連接；高頻工作液壓馬達14、高頻工作液壓馬達換向閥15、高頻工作液壓馬達伺服閥16三 者之間以及低頻工作液壓馬達17、低頻工作液壓馬達換向閥18、低頻工作液壓馬達伺服閥 19三者之間均為常規液壓油路連接，並共用一個高壓泵20。
本發明其技術效果在於，見圖2所示，在試驗隨動系統電機24時，將電機24的轉軸與 雙聯馬達力矩輸出軸連接成同軸狀態，就可以模擬隨動系統電機24在任意作業條件下所受到 的各種力矩，包括靜阻力矩、正弦力矩、慣性力矩、衝擊力矩。雙聯馬達中的高頻工作液壓 馬達14和低頻工作液壓馬達17既可以獨立工作，也可以共同工作。當一個馬達單獨工作時， 另一個馬達隨之空轉，此時由單獨工作的馬達模擬的負載力矩施加到被試電機24上。當兩個 馬達共同工作，它們分別模擬不同的負載力矩，那麼，此時施加到被試電機24的負載力矩則 是一種加合力矩。本發明並未使用飛輪模擬慣性力矩，因此，裝置結構簡單，操作方便。模 擬裝置中的主控計算機23給出的控制信號來自於力矩控制指令F函數，該函數的表達式為
F = F靜+巧貫+ F衝+ i7『 ")
公式(1)中Ff(,為靜阻力矩，是一種指定大小的恆定力矩，其施加的方向與被試電機24 轉速方向相反，指令動作信號取之於雙聯馬達測速系統；
F慣二 J電機軸^'" z' / 1 8 0 (2)
公式(2)中F慣為慣性力矩，々'一隨動系統電機24加速度，"^機軸一折算到隨動系統電 機24軸上的轉動慣量，''一隨動系統傳速比；
公式(1)中Fw,為衝擊力矩，是一種具有指定幅度、寬度、頻率的高頻脈衝信號； 公式(1)中F,n為正弦力矩，是一種具有指定幅值、周期的正弦力矩。 本發明之模擬裝置按照以下過程完成負載力矩的伺服模擬，見圖3所示。採用高頻工作液壓馬達14模擬高頻小力矩的衝擊力矩、正弦力矩、靜阻力矩。高頻工作 液壓馬達14作為泵使用，工作時由被試電機24帶動。見圖2、圖3所示，力矩傳感器21從 己經與被試電機24轉軸相連的雙聯馬達力矩輸出軸拾取反饋信號。所拾取的反饋信號與主控 計算機23給定的控制信號在主控計算機23內的比較器中比較，產生誤差信號。主控計算機 23給定的信號包括正弦力矩、衝擊力矩、靜阻力矩等要模擬的負載力矩。由DSP(數位訊號 處理器)對誤差信號進行PID調節，產生驅動信號。該驅動信號傳輸至高頻工作液壓馬達伺服 閥16的閥驅動器，調整高頻工作液壓馬達伺服閥16開口量以調整所模擬的力矩的大小，驅 動信號實現。液壓油直接補充給高頻工作液壓馬達16，並經高頻工作液壓馬達換向閥15、高 頻工作液壓馬達伺服閥16流回，為被試電機24提供反向的阻力矩。在這一過程屮，由於高 頻工作液壓馬達伺服閥16開口量的變化，通過的液壓油流量和壓力隨之變化，液壓馬達力矩 輸出軸上的負載力矩也隨之變化。這一變化作用到力矩傳感器21上，重複上述過程，並且， 所產生的誤差信號越來越小，實現閉環伺服模擬。
採用低頻工作液壓馬達17模擬慣性力矩。根據公式(2)可知，慣性力矩施加的方向和
大小隨角加速度的加、減而變化，岡此，由編碼器22拾取的反饋信號為速度信號，需要由牛-
控計算機23微分處理得到加速度信號。伺服模擬過程如下，編碼器22從己經與被試電機24
轉軸相連的雙聯馬達力矩輸出軸拾取反饋信號，再由主控計算機23微分處理轉換為加速度信
號，並與給定的控制信號在主控計算機23內的比較器中比較，產生誤差信號。所謂主控計算
機23給定的控制信號就是要模擬的負載力矩。由DSP(數位訊號處理器)對誤差信號進行PID
調節，產生驅動信號。該驅動信號傳輸至閥驅動器調整伺服閥丌口量以調整所模擬的力矩的
大小，驅動信號實現。當被試電機24換向或減速時，低頻工作液壓馬達17作馬達使用，此
時，低頻工作液壓馬達17 —方面由被試電機24帶動，另一方面液壓油由高壓泵20通過低頻
工作液壓馬達伺服閥19、低頻工作液壓馬達換向閥18、低頻工作液壓馬達17流回，提供與
被試電機24旋轉方向一致的慣性力矩。當被試電機24加速時，低頻工作液壓馬達17作泵使
用，此時低頻工作液壓馬達17仍由被試電機24帶動，同時液壓油向低頻工作液壓馬達17補
充，並經低頻工作液壓馬達換向閥18、低頻工作液壓馬達伺服閥19流回，為被試電機24提
供反向的慣性力矩，此時的低頻工作液壓馬達伺服閥19相當於變截面管道。在所述兩個過程
中，由於低頻工作液壓馬達伺服閥19開口量的變化，通過低頻工作液壓馬達17的液壓油流
量和壓力隨之變化，液壓馬達力矩輸出軸上的負載力矩也隨之變化。這一變化作用到力矩傳
感器21上，重複上述過程，並且，所產生的誤差信號越來越小，實現閉環伺服模擬。
圖1是現有隨動系統負載的電液伺服模擬裝置機構示意圖。圖2是本發明之隨動系統負載的電液伺服模擬裝置結構示意圖，該圖兼作為摘要附圖。圖3是隨動系統閉環伺服過程框
圖。圖4是本發明之隨動系統負載的電液伺服模擬裝置組合方案示意圖。
具體實施例方式
本發明是這樣實現的，見圖2所示，該裝置由高頻工作液壓馬達14、高頻工作液壓馬達 換向閥15、高頻工作液壓馬達伺服闊16、低頻工作液壓馬達17、低頻工作液壓馬達換向閥 18、低頻工作液壓馬達伺服閥19、高壓泵20、力矩傳感器21、編碼器22和主控計算機23 構成；高頻工作液壓馬達14和低頻工作液壓馬達17組成雙聯馬達，二者同軸；高頻工作液 壓馬達14工作頻率為5 50hz，低頻工作液壓馬達17工作頻率為0 5hz;力矩傳感器21和編 碼器22安裝在所述雙聯馬達力矩輸出軸上，並分別與主控計算機23電連接；主控計算機23 與高頻工作液壓馬達伺服閥16、低頻工作液壓馬達伺服闊19各自的閥驅動器分別電連接； 高頻工作液壓馬達14、高頻工作液壓馬達換向闊15、高頻工作液壓馬達伺服閥16三者之間 以及低頻工作液壓馬達17、低頻工作液壓馬達換向閥18、低頻工作液壓馬達伺服閥19三者 之間均為常規液壓油路連接，並共用一個高壓泵20。高頻工作液壓馬達伺服閥16選用高頻 電反饋電液伺服閥，以滿足高頻如50hz的衝擊力矩試驗要求。低頻工作液壓馬達伺服閩19 選用力反饋電液伺服閥，以滿足大流量試驗要求。
二維伺服轉臺如炮塔、光電經緯儀等，在其隨動系統中既有方位運動，也有俯仰運動， 通常分別由方位電機和俯仰電機提供動力，在二者同時各自獨立工作的過程中也存在相互作 用。因此，方位電機、俯仰電機的試驗有必要同時在一臺套試驗裝置上進行，這樣既提高了 試驗效率，也提高了試驗結果的真實性。為此，本發明之隨動系統負載的電液伺服模擬裝置 的一種具體方案如下，見圖4所示，該裝置由兩套高頻工作液壓馬達14、高頻工作液壓馬達 換向閥15、高頻工作液壓馬達伺服閥16、低頻工作液壓馬達17、低頻工作液壓馬達換向閥 18、低頻工作液壓馬達伺服閥19、力矩傳感器21、編碼器22組合而成。 一套試驗方位電機, 即被試電機24， 一套試驗俯仰電機25。合用一套主控計算機23、高壓泵20和液壓油槽25。
權利要求
1、一種隨動系統負載的電液伺服模擬裝置，採用電液伺服系統模擬隨動系統負載，其特徵在於，該裝置由高頻工作液壓馬達(14)、高頻工作液壓馬達換向閥(15)、高頻工作液壓馬達伺服閥(16)、低頻工作液壓馬達(17)、低頻工作液壓馬達換向閥(18)、低頻工作液壓馬達伺服閥(19)、高壓泵(20)、力矩傳感器(21)、編碼器(22)和主控計算機(23)構成；高頻工作液壓馬達(14)和低頻工作液壓馬達(17)組成雙聯馬達，二者同軸；力矩傳感器(21)和編碼器(22)安裝在所述雙聯馬達力矩輸出軸上，並分別與主控計算機(23)電連接；主控計算機(23)與高頻工作液壓馬達伺服閥(16)、低頻工作液壓馬達伺服閥(19)各自的閥驅動器分別電連接；高頻工作液壓馬達(14)、高頻工作液壓馬達換向閥(15)、高頻工作液壓馬達伺服閥(16)三者之間以及低頻工作液壓馬達(17)、低頻工作液壓馬達換向閥(18)、低頻工作液壓馬達伺服閥(19)三者之間均為常規液壓油路連接，並共用一個高壓泵(20)。
2、 根據權利要求l所述的模擬裝置，其特徵在於，高頻工作液壓馬達(14)工作頻率為 5 50hz，低頻工作液壓馬達(17)工作頻率為0 5hz.。
3、 根據權利要求1所述的模擬裝置，其特徵在於，高頻工作液壓馬達伺服閥(16)選用 高頻電反饋電液伺服閥；低頻工作液壓馬達伺服閥(19)選用力反饋電液伺服閥。
4、 根據權利要求1所述的模擬裝置，其特徵在於，該裝置由兩套高頻工作液壓馬達U4)、 高頻工作液壓馬達換向閥(15)、高頻工作液壓馬達伺服閥(16)、低頻工作液壓馬達(17)、 低頻工作液壓馬達換向閥(18)、低頻工作液壓馬達伺服閥(19)、力矩傳感器(21)、編碼器(22) 組合而成，合用一套主控計算機(23)和高壓泵(20)。
全文摘要
隨動系統負載的電液伺服模擬裝置屬於機械仿真技術領域。已知技術模擬的負載單一，採用飛輪方式模擬慣性力矩其弊端更多。本發明由高頻工作液壓馬達、高頻工作液壓馬達換向閥、高頻工作液壓馬達伺服閥、低頻工作液壓馬達、低頻工作液壓馬達換向閥、低頻工作液壓馬達伺服閥、高壓泵、力矩傳感器編碼器和主控計算機構成；高頻工作液壓馬達和低頻工作液壓馬達組成雙聯馬達，二者同軸；力矩傳感器和編碼器安裝在所述雙聯馬達力矩輸出軸上，並分別與主控計算機電連接；主控計算機與高頻工作液壓馬達伺服閥、低頻工作液壓馬達伺服閥各自的閥驅動器分別電連接；高頻工作液壓馬達、低頻工作液壓馬達共用一個高壓泵。本發明應用於隨動系統電機的試驗領域。
文檔編號F15B9/00GK101532516SQ20091006680
公開日2009年9月16日 申請日期2009年4月10日 優先權日2009年4月10日
發明者於正林, 靜 付, 濤 姜, 曹國華, 李躍光, 王紅平, 赤 赫 申請人:長春理工大學