CN101532516B

CN101532516B - 随动系统负载的电液伺服模拟装置

Info

Publication number: CN101532516B
Application number: CN2009100668017A
Authority: CN
Inventors: 曹国华; 赫赤; 付静; 王红平; 李跃光; 姜涛; 于正林
Original assignee: Changchun University of Science and Technology
Current assignee: Changchun University of Science and Technology
Priority date: 2009-04-10
Filing date: 2009-04-10
Publication date: 2010-12-29
Anticipated expiration: 2029-04-10
Also published as: CN101532516A

Abstract

随动系统负载的电液伺服模拟装置属于机械仿真技术领域已知技术模拟的负载单一，采用飞轮方式模拟惯性力矩其弊端更多。本发明由高频工作液压马达高频工作液压马达换向阀高频工作液压马达伺服阀低频工作液压马达低频工作液压马达换向阀低频工作液压马达伺服阀高压泵力矩传感器编码器和主控计算机构成；高频工作液压马达和低频工作液压马达组成双联马达，二者同轴；力矩传感器和编码器安装在所述双联马达力矩输出轴上，并分别与主控计算机电连接；主控计算机与高频工作液压马达伺服阀低频工作液压马达伺服阀各自的阀驱动器分别电连接；高频工作液压马达低频工作液压马达共用一个高压泵本发明应用于随动系统电机的试验领域。

Description

随动系统负载的电液伺服模拟装置

技术领域

本发明涉及一种在实验室条件下采用电液伺服方式模拟随动系统中的负载，如静阻力矩、正弦力矩、惯性力矩、冲击力矩等，属于机械仿真技术领域。

背景技术

负载模拟加载方式有磁粉制动器加载方式、电动机电控加载方式和电液伺服加载方式三种。目前用电液伺服加载方式实现负载模拟的装置常用于模拟飞行器在飞行过程中舵面所受的空气动力矩。一篇名称为“速度同步控制电液负载模拟器”、申请号为02116591.2的中国发明专利申请公开说明书公开了一种典型方案，见图1所示，左侧为位置伺服系统1，控制飞行器舵面的偏转，该系统也就是所说的随动系统。右侧为力矩伺服系统2，产生加载力矩。中间为惯量负载模拟装置3，由飞轮4提供一个惯性力矩。力矩伺服系统2及惯量负载模拟装置3共同对舵机5加载模拟负载。位置伺服系统1的工作过程是由舵机驱动器6驱动舵机伺服阀7控制舵机5运动，编码器8将舵机5的位置信号反馈给舵机驱动器6，从而实现舵机5的位置控制，对于实际飞行的飞行器，则驱动飞行器舵面运动。力矩伺服系统2是一种电液伺服系统，由加载控制器9、加载伺服阀10、加载马达11、力矩传感器12、编码器13等组成。力矩指令通过加载控制器9驱动加载伺服阀10，控制加载马达11。由力矩传感器12、编码器13将加载马达11的位置和力矩信号反馈给加载控制器9，实现加载力矩的模拟。舵机5、飞轮4和加载马达11三者同轴连接，一同运动。所述速度同步控制电液负载模拟器在工作过程中根据给定力矩信号为舵机施加负载，模拟飞行器飞行时所受到的空气动力矩，同时提供惯性力矩。

在现有技术中，电液伺服系统所采用的加载马达通常只有一个，也有采用两个马达组成双联马达的方案，两个马达相同且同轴，在工作中均作为马达使用，实现大功率平稳输出。

发明内容

有些随动系统其负载的种类多样，不限于一、两种，常常多达四种，如舰船上的炮塔或者行走炮塔的驱动电机其负载就有静阻力矩、正弦力矩、惯性力矩、冲击力矩等，并且，不同的随动系统其运行功率、速度等均不同，力矩的大小变化范围较宽。在这些随动系统电机的试验中，就要求负载模拟装置能够提供多种力矩，并且能够根据随动系统的不同，加载不同大小的力矩。而已知技术模拟的负载单一，采用飞轮方式模拟惯性力矩其弊端更多，不仅在模拟装置中设置这一部件，而且，对该部件精度的要求很高，模拟惯性力矩大小的不同，使用的飞轮也不同。现有技术中的双联马达尚未应用到随动系统负载的模拟装置中。为了提供一种能够模拟多种力矩，并且，所模拟的力矩的大小能够根据任意给定的力矩信号调整，我们提出了本发明之随动系统负载的电液伺服模拟装置。

本发明是这样实现的，见图2所示，该装置由高频工作液压马达14、高频工作液压马达换向阀15、高频工作液压马达伺服阀16、低频工作液压马达17、低频工作液压马达换向阀18、低频工作液压马达伺服阀19、高压泵20、力矩传感器21、编码器22和主控计算机23构成；高频工作液压马达14和低频工作液压马达17组成双联马达，二者同轴；力矩传感器21和编码器22安装在所述双联马达力矩输出轴上，并分别与主控计算机23电连接；主控计算机23与高频工作液压马达伺服阀16、低频工作液压马达伺服阀19各自的阀驱动器分别电连接；高频工作液压马达14、高频工作液压马达换向阀15、高频工作液压马达伺服阀16三者之间以及低频工作液压马达17、低频工作液压马达换向阀18、低频工作液压马达伺服阀19三者之间均为常规液压油路连接，并共用一个高压泵20。

本发明其技术效果在于，见图2所示，在试验随动系统电机24时，将电机24的转轴与双联马达力矩输出轴连接成同轴状态，就可以模拟随动系统电机24在任意作业条件下所受到的各种力矩，包括静阻力矩、正弦力矩、惯性力矩、冲击力矩。双联马达中的高频工作液压马达14和低频工作液压马达17既可以独立工作，也可以共同工作。当一个马达单独工作时，另一个马达随之空转，此时由单独工作的马达模拟的负载力矩施加到被试电机24上。当两个马达共同工作，它们分别模拟不同的负载力矩，那么，此时施加到被试电机24的负载力矩则是一种加合力矩。本发明并未使用飞轮模拟惯性力矩，因此，装置结构简单，操作方便。模拟装置中的主控计算机23给出的控制信号来自于力矩控制指令F函数，该函数的表达式为：

F＝F_静+F_惯+F_冲+F_正 (1)

公式(1)中F_静为静阻力矩，是一种指定大小的恒定力矩，其施加的方向与被试电机24转速方向相反，指令动作信号取之于双联马达测速系统；

公式(2)中F_惯为惯性力矩，

-随动系统电机24加速度，J_电机轴-折算到随动系统电机24轴上的转动惯量，i-随动系统传速比；

公式(1)中F_冲为冲击力矩，是一种具有指定幅度、宽度、频率的高频脉冲信号；

公式(1)中F_正为正弦力矩，是一种具有指定幅值、周期的正弦力矩。

本发明之模拟装置按照以下过程完成负载力矩的伺服模拟，见图3所示。

采用高频工作液压马达14模拟高频小力矩的冲击力矩、正弦力矩、静阻力矩。高频工作液压马达14作为泵使用，工作时由被试电机24带动。见图2、图3所示，力矩传感器21从已经与被试电机24转轴相连的双联马达力矩输出轴拾取反馈信号。所拾取的反馈信号与主控计算机23给定的控制信号在主控计算机23内的比较器中比较，产生误差信号。主控计算机23给定的信号包括正弦力矩、冲击力矩、静阻力矩等要模拟的负载力矩。由DSP(数字信号处理器)对误差信号进行PID调节，产生驱动信号。该驱动信号传输至高频工作液压马达伺服阀16的阀驱动器，调整高频工作液压马达伺服阀16开口量以调整所模拟的力矩的大小，驱动信号实现。液压油直接补充给高频工作液压马达16，并经高频工作液压马达换向阀15、高频工作液压马达伺服阀16流回，为被试电机24提供反向的阻力矩。在这一过程中，由于高频工作液压马达伺服阀16开口量的变化，通过的液压油流量和压力随之变化，液压马达力矩输出轴上的负载力矩也随之变化。这一变化作用到力矩传感器21上，重复上述过程，并且，所产生的误差信号越来越小，实现闭环伺服模拟。

采用低频工作液压马达17模拟惯性力矩。根据公式(2)可知，惯性力矩施加的方向和大小随角加速度的加、减而变化，因此，由编码器22拾取的反馈信号为速度信号，需要由主控计算机23微分处理得到加速度信号。伺服模拟过程如下，编码器22从已经与被试电机24转轴相连的双联马达力矩输出轴拾取反馈信号，再由主控计算机23微分处理转换为加速度信号，并与给定的控制信号在主控计算机23内的比较器中比较，产生误差信号。所谓主控计算机23给定的控制信号就是要模拟的负载力矩。由DSP(数字信号处理器)对误差信号进行PID调节，产生驱动信号。该驱动信号传输至阀驱动器调整伺服阀开口量以调整所模拟的力矩的大小，驱动信号实现。当被试电机24换向或减速时，低频工作液压马达17作马达使用，此时，低频工作液压马达17一方面由被试电机24带动，另一方面液压油由高压泵20通过低频工作液压马达伺服阀19、低频工作液压马达换向阀18、低频工作液压马达17流回，提供与被试电机24旋转方向一致的惯性力矩。当被试电机24加速时，低频工作液压马达17作泵使用，此时低频工作液压马达17仍由被试电机24带动，同时液压油向低频工作液压马达17补充，并经低频工作液压马达换向阀18、低频工作液压马达伺服阀19流回，为被试电机24提供反向的惯性力矩，此时的低频工作液压马达伺服阀19相当于变截面管道。在所述两个过程中，由于低频工作液压马达伺服阀19开口量的变化，通过低频工作液压马达17的液压油流量和压力随之变化，液压马达力矩输出轴上的负载力矩也随之变化。这一变化作用到力矩传感器21上，重复上述过程，并且，所产生的误差信号越来越小，实现闭环伺服模拟。

附图说明

图1是现有随动系统负载的电液伺服模拟装置机构示意图。图2是本发明之随动系统负载的电液伺服模拟装置结构示意图，该图兼作为摘要附图。图3是随动系统闭环伺服过程框图。图4是本发明之随动系统负载的电液伺服模拟装置组合方案示意图。

具体实施方式

本发明是这样实现的，见图2所示，该装置由高频工作液压马达14、高频工作液压马达换向阀15、高频工作液压马达伺服阀16、低频工作液压马达17、低频工作液压马达换向阀18、低频工作液压马达伺服阀19、高压泵20、力矩传感器21、编码器22和主控计算机23构成；高频工作液压马达14和低频工作液压马达17组成双联马达，二者同轴；高频工作液压马达14工作频率为5～50hz，低频工作液压马达17工作频率为0～5hz；力矩传感器21和编码器22安装在所述双联马达力矩输出轴上，并分别与主控计算机23电连接；主控计算机23与高频工作液压马达伺服阀16、低频工作液压马达伺服阀19各自的阀驱动器分别电连接；高频工作液压马达14、高频工作液压马达换向阀15、高频工作液压马达伺服阀16三者之间以及低频工作液压马达17、低频工作液压马达换向阀18、低频工作液压马达伺服阀19三者之间均为常规液压油路连接，并共用一个高压泵20。高频工作液压马达伺服阀16选用高频电反馈电液伺服阀，以满足高频如50hz的冲击力矩试验要求。低频工作液压马达伺服阀19选用力反馈电液伺服阀，以满足大流量试验要求。

二维伺服转台如炮塔、光电经纬仪等，在其随动系统中既有方位运动，也有俯仰运动，通常分别由方位电机和俯仰电机提供动力，在二者同时各自独立工作的过程中也存在相互作用。因此，方位电机、俯仰电机的试验有必要同时在一台套试验装置上进行，这样既提高了试验效率，也提高了试验结果的真实性。为此，本发明之随动系统负载的电液伺服模拟装置的一种具体方案如下，见图4所示，该装置由两套高频工作液压马达14、高频工作液压马达换向阀15、高频工作液压马达伺服阀16、低频工作液压马达17、低频工作液压马达换向阀18、低频工作液压马达伺服阀19、力矩传感器21、编码器22组合而成。一套试验方位电机，即被试电机24，一套试验俯仰电机25。合用一套主控计算机23、高压泵20和液压油槽25。

Claims

1.一种随动系统负载的电液伺服模拟装置，采用电液伺服系统模拟随动系统负载，其特征在于，该装置由高频工作液压马达(14)、高频工作液压马达换向阀(15)、高频工作液压马达伺服阀(16)、低频工作液压马达(17)、低频工作液压马达换向阀(18)、低频工作液压马达伺服阀(19)、高压泵(20)、力矩传感器(21)、编码器(22)和主控计算机(23)构成；高频工作液压马达(14)和低频工作液压马达(17)组成双联马达，二者同轴；力矩传感器(21)和编码器(22)安装在所述双联马达力矩输出轴上，并分别与主控计算机(23)电连接；主控计算机(23)与高频工作液压马达伺服阀(16)、低频工作液压马达伺服阀(19)各自的阀驱动器分别电连接；高频工作液压马达(14)、高频工作液压马达换向阀(15)、高频工作液压马达伺服阀(16)三者之间以及低频工作液压马达(17)、低频工作液压马达换向阀(18)、低频工作液压马达伺服阀(19)三者之间均为常规液压油路连接；高频工作液压马达(14)、高频工作液压马达换向阀(15)、高频工作液压马达伺服阀(16)三者与低频工作液压马达(17)、低频工作液压马达换向阀(18)、低频工作液压马达伺服阀(19)三者共用一个高压泵(20)。

2.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，高频工作液压马达(14)工作频率为5～50hz，低频工作液压马达(17)工作频率为0～5hz。

3.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，高频工作液压马达伺服阀(16)选用高频电反馈电液伺服阀；低频工作液压马达伺服阀(19)选用力反馈电液伺服阀。

4.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，该装置由两套“高频工作液压马达(14)、高频工作液压马达换向阀(15)、高频工作液压马达伺服阀(16)、低频工作液压马达(17)、低频工作液压马达换向阀(18)、低频工作液压马达伺服阀(19)、力矩传感器(21)、编码器(22)”组合而成，合用一套主控计算机(23)和高压泵(20)。