CN103499444A - 一种舵机性能测试装置 - Google Patents

Abstract

一种舵机性能测试装置，它包括测控操作台和电动加载台，两者通过线缆连接；所述的测控操作台包括：一个显示器、一个打印机、一个信调箱、一个工控机、一个程控电流源箱、一个电源分配箱、一个急停控制盒、一个鼠键套装、一个下位机箱以及一个机柜；所述的电动加载台部分包括：一个位置编码器、一个柔性连接片、两个轴承盖、两个旋转轴承、两个轴系支架、一个摇臂、一个传动轴、一个扭矩/转速传感器、一个电机支架、一个力矩电机、一个台架以及两个联轴器及一个夹具。它能完成通用燃气舵机的静态和动态性能测试，以便实时掌握舵机性能，并对性能数据进行保存管理。

Description

一种舵机性能测试装置

技术领域

本发明涉及一种舵机性能测试装置，尤其涉及一种对飞行器舵机（舵面驱动装置）性能测试的装置，属于航空机械、电子及控制技术领域。

背景技术

舵机性能测试装置用于模拟飞行器在飞行过程中舵面所受到的空气动力力矩载荷，测试舵面驱动装置（舵机）的各项性能（动静态性能指标）。装备水平的发展，对飞行器舵面的灵活性和控制精度的要求越来越高，进而对性能测试装置通用性和加载精度提出了更高的要求。

舵机性能测试装置对舵机静态特性和动态特性进行测试，传统的舵机性能测试装置对静态特性中最大力矩采用扭簧加载，利用扭簧在一定的工作范围内，旋转角度与力矩输出成正比，其他静态特性不需要加载装置。传统装置对动态特性的测试有两种形式，一种是电液负载模拟器，即采用伺服液压马达作为执行机构进行动态加载，这种方式应用于大转矩、大功率密度场合，受舵机位置干扰会有较大的多余力矩，而且系统采用液压能源结构复杂；另一种是电动负载模拟器，即采用电机作为执行机构进行动态加载，大多应用于小功率和小力矩范围内。但是传统装置都存在通用性不强的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种舵机性能测试装置，它能完成通用燃气舵机的静态和动态性能测试，以便实时掌握舵机性能，并对性能数据进行保存管理。通过先进的测控设备，采集传动轴的运动信息，实现舵机性能测试功能，解决现有舵机测试装置测试工作繁琐、测试设备通用性不强以及加载装置繁杂的问题。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：采用结构和模块化设计测控设备以及加载台，首先通过电动加载台为测试装置提供模拟负载，负载的模拟通过传动轴传递到被测试舵机，测试设备根据传动轴的运动信息，通过工控机处理，得到舵机性能信息。

本发明一种舵机性能测试装置，它包括测控操作台和电动加载台，两者通过线缆连接。见图5所示。

见图1，所述的测控操作台包括：一个显示器、一个打印机、一个信调箱、一个工控机、一个程控电流源箱、一个电源分配箱、一个急停控制盒、一个鼠键套装、一个下位机箱以及一个机柜。它们之间的位置连接关系是：急停控制按钮与急停控制盒采用航空直通线缆连接；显示器、鼠键套装以及打印机通过线缆与工控机相连；急停控制盒与工控机采用直通航空线缆相连；程控电流源箱和下位机箱与工控机采用串口通讯线缆相连；下位机与信调箱采用航空线缆相连；上述各件都安装在机柜上。

该显示器是19英寸液晶显示器，用于人机交互，控制显示测试项目，测试数据等工作；

该打印机是通用彩色打印机，用于测试数据报表答应；

该信调箱是标准2U机箱，内置多块信号调理板，信号变换中介，一方面将被测信号调理到适合AD采集的范围内；另一方面将舵机激励信号放大，作为舵机的驱动输出，信号调理箱主要实现隔离、滤波、放大等功能；

该工控机是采用加固工控机，使用WINDOWS XP操作平台，向待测舵机发送控制指令，实现测试过程中各类数据的设定与测试过程的控制，并对测试过程中的各项参数和数据进行处理、显示、存储及打印输出测试过程的状态和参数；

该程控电流源箱是标准2U机箱，内置电流输出模块，用于提供舵机驱动电流；

该电源分配箱是标准2U机箱，内置线性电源，为装置提供所需交直流电；

该急停控制盒是标准2U机箱，用于突发情况断电保护；

该鼠键套装是通用鼠标和键盘，实现人机交互的工具；

该下位机箱是下位机设计中采用了DSP+FPGA的两级控制模式，实现对舵机测试系统的直接控制；

该机柜是冷轧钢板制作的箱体件，用来存放工控机、显示器等上述设备，并可以提供对存放设备的保护，屏蔽电磁干扰。

见图2、图3、图4，所述的电动加载台包括：一个位置编码器1、一个柔性连接片2、两个轴承盖3、两个旋转轴承4、两个轴系支架5、一个摇臂6、一个传动轴7、一个扭矩/转速传感器8、一个电机支架9、一个力矩电机10、一个台架11以及两个联轴器及一个夹具。它们之间的位置连接关系是：传动轴7和旋转轴承4配合安装在两个轴系支架5上，保证两个旋转轴承4以及传动轴7同心旋转；将轴系支架5通过固定螺栓固定在台架11的梯形槽上，保证同轴度；在轴系支架4上安装两个轴承盖3，将位置编码器1通过柔性连接片2安装在轴承盖3上，保证位置编码器1与传动轴7同心旋转；传动轴7与扭矩/转速传感器8之间通过柔性联轴器连接；将力矩电机10通过紧固螺栓固定在电机支架9上，调节支架9，使电机输出轴与传动轴7同轴，用柔性联轴器将扭矩/转速传感器8与电机9输出相连；将摇臂6通过4个内六角紧固螺栓固定在传动轴7上；两个轴系支架5、电机支架9通过紧固螺栓和螺母固定在台架11梯形槽内。

该位置编码器是中空型旋转光电编码器，用于采集传动轴位置信息；

该柔性连接片是圆形机械弹簧片，用于解决位置编码器与传动轴不同轴问题；

该轴承盖是圆环型钢片，用于固定旋转轴承；

该旋转轴承是通用滚动轴承，用于固定传动轴和减小传动轴载荷摩擦；

该轴系支架内置轴承安装槽，用于固定支撑传动轴，使传动轴只有旋转运动；

该摇臂是“T”形高刚度高强度加工件，用于固定被测试舵机，并使舵机在工作时对传动轴产生力矩；

该传动轴是圆柱型高刚度加工件，将模拟载荷传递到被测试舵机，并与舵机同步工作；

该扭矩/转速传感器是圆柱形运动信息传感器，用于采集传动轴的力矩和转速信息；

该电机支架是“L”型机械加工件，用于固定力矩电机；

该力矩电机是高性能加载电机，用于模拟载荷；

该台架内置“T”型槽，用于固定轴系支架和电机支架。

本发明一种舵机性能测试装置工作过程如下：

通过工控机人机界面，用户选择所需测试舵机类型；工控机根据被测试舵机类型驱动信息，控制程控电流源控制被测舵机工作；工控机根据被测舵机的测试内容，发送负载模拟指令，下位机对电机10进行加载控制；工控机通过信调相采集传动轴7上位置编码器1和扭矩/转速传感器8的数据；工控机将这些数据进行处理得到舵机的性能信息，并根据需要打印报表。

本发明的有益效果是：采用工控机和下位机实现数据处理和加载控制，方便于舵机性能数据处理和气动负载模拟控制的实现；采用电动加载省掉了液压加载复杂的油源和管路，结构紧凑，可靠性高；根据负载需求修改摇臂长度和模拟负载形式，更多地满足气动舵机测试，通用性更好。

附图说明

图1是舵机测试装置操作台示意图；

图2是电动加载轴系主视图；

图3是图2的A-A向剖视图；

图4是电动加载台加载平台正视图；

图5是本发明结构框图。

附图标号说明：

1、位置编码器；2、柔性连接片；3、轴承盖；4、旋转轴承；5、轴系支架；6、摇臂；7、传动轴；8、扭矩/转速传感器；9、电机支架；10、力矩电机；11、台架；以及两个联轴器及一个夹具。

具体实施方式

见图5所示，本发明一种舵机性能测试装置，包括：测控操作台和电动加载台，两者通过线缆连接。

见图1，所述的测控操作台包括：一个显示器；一个打印机；一个信调箱；一个工控机；一个程控电流源箱；一个电源分配箱；一个急停控制盒；一个鼠键套装、一个下位机箱以及一个机柜。它们之间的位置连接关系是：急停控制按钮与急停控制盒采用航空直通线缆连接；显示器、鼠键套装以及打印机通过线缆与工控机相连；急停控制盒与工控机采用直通航空线缆相连；程控电流源箱和下位机箱与工控机采用串口通讯线缆相连；下位机与信调箱采用航空线缆相连；上述各件都安装在机柜上。

该显示器是19英寸液晶显示器，用于人机交互，控制显示测试项目，测试数据等工作；

该打印机是通用彩色打印机，用于测试数据报表答应；

该信调箱是标准2U机箱，内置多块信号调理板，信号变换中介，一方面将被测信号调理到适合AD采集的范围内；另一方面将舵机激励信号放大，作为舵机的驱动输出，信号调理箱主要实现隔离、滤波、放大等功能；

该工控机是采用加固工控机，使用WINDOWS XP操作平台，向待测舵机发送控制指令，实现测试过程中各类数据的设定与测试过程的控制，并对测试过程中的各项参数和数据进行处理、显示、存储及打印输出测试过程的状态和参数；

该程控电流源箱是标准2U机箱，内置电流输出模块，用于提供舵机驱动电流；

该电源分配箱是标准2U机箱，内置线性电源，为装置提供所需交直流电；

该急停控制盒是标准2U机箱，用于突发情况断电保护；

该鼠键套装是通用鼠标和键盘，实现人机交互的工具；

该下位机箱是下位机设计中采用了DSP+FPGA的两级控制模式，实现对舵机测试系统的直接控制；

该机柜是冷轧钢板制作的箱体件，用来存放工控机、显示器等上述设备，并可以提供对存放设备的保护，屏蔽电磁干扰。

见图2、图3、图4，所述的电动加载台包括：一个位置编码器1；一个柔性连接片2；两个轴承盖3；两个旋转轴承4；两个轴系支架5；一个摇臂6；一个传动轴7；一个扭矩/转速传感器8；一个电机支架9；一个力矩电机10和一个台架11；以及两个联轴器及一个夹具。它们之间的位置连接关系是：传动轴7和旋转轴承4配合安装在两个轴系支架5上，保证两个旋转轴承4以及传动轴7同心旋转；将轴系支架5通过固定螺栓固定在台架11的梯形槽上，保证同轴度；在轴系支架4上安装两个轴承盖3，将位置编码器1通过柔性连接片2安装在轴承盖3上，保证位置编码器1与传动轴7同心旋转；传动轴7与扭矩/转速传感器8之间通过柔性联轴器连接；将力矩电机10通过紧固螺栓固定在电机支架9上，调节支架9，使电机输出轴与传动轴7同轴，用柔性联轴器将扭矩/转速传感器8与电机9输出相连；将摇臂6通过4个内六角紧固螺栓固定在传动轴7上；两个轴系支架5、电机支架9通过紧固螺栓和螺母固定在台架11梯形槽内。

该位置编码器1是中空型旋转光电编码器，用于采集传动轴7位置信息；

该柔性连接片2是圆形机械弹簧片，用于解决位置编码器1与传动轴7不同轴问题；

该轴承盖3是圆环型钢片，用于固定旋转轴承4；

该旋转轴承4是通用滚动轴承，用于固定传动轴7和减小传动轴7载荷摩擦；

该轴系支架5内置轴承安装槽，用于固定支撑传动轴7，使传动轴7只有旋转运动；

该摇臂6是“T”形高刚度高强度加工件，用于固定被测试舵机，并使舵机在工作时对传动轴7产生力矩；

该传动轴7是圆柱型高刚度加工件，将模拟载荷传递到被测试舵机，并与舵机同步工作；

该扭矩/转速传感器8是圆柱形运动信息传感器，用于采集传动轴7的力矩和转速信息；

该电机支架9是“L”行机械加工件，用于固定力矩电机10；

该力矩电机10是高性能加载电机，用于模拟载荷；

该台架11内置“T”槽，用于固定轴系支架5和电机支架9。

本发明一种舵机性能测试装置工作过程如下：

通过工控机人机界面，用户选择所需测试舵机类型；工控机根据被测试舵机类型驱动信息，控制程控电流源控制被测舵机工作；工控机根据被测舵机的测试内容，发送负载模拟指令，下位机对电机10进行加载控制；工控机通过信调相采集传动轴7上位置编码器1和扭矩/转速传感器8的数据；工控机将这些数据进行处理得到舵机的性能信息，并根据需要打印报表。

Claims (1)

1.一种舵机性能测试装置，其特征在于：它包括测控操作台和电动加载台，两者通过线缆连接；

所述的测控操作台包括：一个显示器、一个打印机、一个信调箱、一个工控机、一个程控电流源箱、一个电源分配箱、一个急停控制盒、一个鼠键套装、一个下位机箱以及一个机柜；急停控制按钮与急停控制盒采用航空直通线缆连接；显示器、鼠键套装以及打印机通过线缆与工控机相连；急停控制盒与工控机采用直通航空线缆相连；程控电流源箱和下位机箱与工控机采用串口通讯线缆相连；下位机与信调箱采用航空线缆相连；上述各件都安装在机柜上；

该显示器是19英寸液晶显示器，用于人机交互，控制显示测试项目和测试数据工作；

该打印机是通用彩色打印机，用于测试数据报表答应；

该信调箱是标准2U机箱，内置复数块信号调理板，信号变换中介，一方面将被测信号调理到适合AD采集的范围内；另一方面将舵机激励信号放大，作为舵机的驱动输出，信号调理箱实现隔离、滤波、和放大功能；

该工控机是采用加固工控机，使用WINDOWS XP操作平台，向待测舵机发送控制指令，实现测试过程中各类数据的设定与测试过程的控制，并对测试过程中的各项参数和数据进行处理、显示、存储及打印输出测试过程的状态和参数；

该程控电流源箱是标准2U机箱，内置电流输出模块，用于提供舵机驱动电流；

该电源分配箱是标准2U机箱，内置线性电源，为装置提供所需交直流电；

该急停控制盒是标准2U机箱，用于突发情况断电保护；

该鼠键套装是通用鼠标和键盘，实现人机交互的工具；

该下位机箱是下位机设计中采用了DSP+FPGA的两级控制模式，实现对舵机测试系统的直接控制；

该机柜是冷轧钢板制作的箱体件，用来存放工控机、显示器及上述设备，并提供对存放设备的保护，屏蔽电磁干扰；

所述的电动加载台包括：一个位置编码器、一个柔性连接片、两个轴承盖、两个旋转轴承、两个轴系支架、一个摇臂、一个传动轴、一个扭矩/转速传感器、一个电机支架、一个力矩电机、一个台架以及两个联轴器及一个夹具；传动轴和旋转轴承配合安装在两个轴系支架上，保证两个旋转轴承以及传动轴同心旋转；将轴系支架通过固定螺栓固定在台架的梯形槽上，保证同轴度；在轴系支架上安装两个轴承盖，将位置编码器通过柔性连接片安装在轴承盖上，保证位置编码器与传动轴同心旋转；传动轴与扭矩/转速传感器之间通过柔性联轴器连接；将力矩电机通过紧固螺栓固定在电机支架上，调节支架使电机输出轴与传动轴同轴，用柔性联轴器将扭矩/转速传感器与电机输出相连；将摇臂通过4个内六角紧固螺栓固定在传动轴上；两个轴系支架、电机支架通过紧固螺栓和螺母固定在台架梯形槽内；

该位置编码器是中空型旋转光电编码器，用于采集传动轴位置信息；

该柔性连接片是圆形机械弹簧片，用于解决位置编码器与传动轴不同轴问题；

该轴承盖是圆环型钢片，用于固定旋转轴承；

该旋转轴承是通用滚动轴承，用于固定传动轴和减小传动轴载荷摩擦；

该轴系支架内置轴承安装槽，用于固定支撑传动轴，使传动轴只有旋转运动；

该摇臂是“T”形高刚度高强度加工件，用于固定被测试舵机，并使舵机在工作时对传动轴产生力矩；

该传动轴是圆柱型高刚度加工件，将模拟载荷传递到被测试舵机，并与舵机同步工作；

该扭矩/转速传感器是圆柱形运动信息传感器，用于采集传动轴的力矩和转速信息；

该电机支架是“L”型机械加工件，用于固定力矩电机；

该力矩电机是高性能加载电机，用于模拟载荷；

该台架内置“T”型槽，用于固定轴系支架和电机支架。

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