CN105910808A - 一种作动器动态特性试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种作动器动态特性试验装置及方法，首先将被试作动器作用于可调转动惯量的转动圆盘非圆心位置，随后即可测量出其输入位移与输出位移，并通过已知或测量得出的数据，即可计算出多组和并可拟合绘制出和即为被试作动器的传递特性曲线及阻抗特性曲线。本发明的一种作动器动态特性试验装置具有结构简单、易于实现、成本低等优点，而本发明的一种作动器动态特性试验方法具有理论正确、简单易懂、试验结果精度高的优点。

Description

一种作动器动态特性试验装置及方法

技术领域

本发明属于飞机强度试验领域，尤其涉及一种作动器动态特性试验装置及方法。

背景技术

在进行飞机气动伺服弹性稳定性分析时，需要用到作动器准确的阻抗特性(即复刚度)及传递特性(即传递函数)。一般地，作动器的传递特性由生产厂家提供(技术参数)，较为准确，但是作动器的复刚度特性需要通过试验手段得到，由于现有的试验方法难以操作，导致作动器的复刚度特性难以得到。

发明内容

本发明的目的是提供一种作动器动态特性试验方法及装置，用以解决上述问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种作动器动态特性试验装置，其特征在于，包括被试作动器及转动圆盘，其中，所述转动圆盘为可调转动惯量的圆盘，被试作动器一端固定、另一端连接于所述转动圆盘的非圆心位置，穿过所述转动圆盘的圆心并使转动圆盘绕其圆心转动，通过调节转动圆盘的惯量计算并拟合出被试作动器的动态特性曲线。

进一步地，所述被试作动器为直线式作动器。

进一步地，所述动态特性曲线包括阻抗特性曲线和传递特性曲线。

本发明还提供了一种作动器动态特性试验方法，采用如上述的一种作动器动态特性试验装置，并对其进行动态特性试验，包括

步骤一：定义转动圆盘的转动惯量为J，被试作动器作用到转动圆盘上的驱动点距圆盘中心的距离为e；

步骤二：建立被试作动器的输出位u与输入位移x、支持刚度K_A、负载F、液压参数p的数学模型

u＝f(x,F,K_A,p,ω)

其中，在支持刚度和工作压力特性给定的情况下，有：

式中，表示被试作动器的传递函数，表示被试作动器的复柔度；

步骤三：试验时，采用正弦信号进行激励，即x(t)＝x₀sinωt，测量输出位移u(t)，此时，作用在圆盘上的力F表示为：

式中，β表示大圆盘的转角；

其中，β与u具有如下关系：

步骤四：建立并计算被试作动器的动态特性曲线；

将式(2)、式(3)代入式(1)中，并同除以x(ω)得：

$\frac{u}{x_0}=\frac{\∂f}{\∂x}\left(\mathrm{\ω}\right)-\frac{u}{x_0}\frac{{\mathrm{J\ω}}^2}{e^2}\frac{\∂f}{\∂F}\left(\mathrm{\ω}\right)$

通过改变转动圆盘的转动惯量J，可得：

式(4)中ω、J_i、e均为已知量或测出量，用回归法或最小二乘法计算出多组和并绘制曲线和曲线，即得到被试作动器的传递特性曲线和阻抗特性曲线。

本发明的一种作动器动态特性试验装置易于实现，操作简单快捷，不需要另外提供一台加载作动器；使用一套试验装置，通过改变作动器输出端大圆盘的惯量便可快速得到多组和本发明的作动器动态特性试验方法理论正确、简单易懂，采用最小二乘法拟合求得作动器的阻抗特性和传递特性，避免了个别试验的误差对试验结果的影响，具有试验准确的优点。。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明的作动器动态特性试验装置示意图。

其中，1-被试作动器，2-转动圆盘。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例型的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造型劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示为本发明的作动器动态特性试验装置，包括被试作动器1和转动圆盘2，其中转动圆盘2为可调转动惯量的圆盘，通过调节转动惯量可得多组试验数据，有助于试验的准确性。其中，被试作动器1的一端固定在试验台上或地面或其他基准面，其另一端(即输出端)连接作用在转动圆盘2的非圆心位置，用销子或其他连接件穿过转动圆盘2的圆心将其固定在试验台或其他基准上，转动圆盘2可绕着销子(即圆心)旋转，通过给被试作动器1输入信号，使其做直线往复运动并带动转动圆盘2做圆周运动，可间接测量并计算绘制出被试作动器的动态特性曲线。需要说明的是，被试作动器1为直线式作动器，动态特性曲线为阻抗特性曲线和传递特性曲线。

另外，结合本发明的作动器动态特性试验装置对本发明的作动器动态特性试验方法做进一步阐述，其中，x为被试作动器1的输入位移，u为被试作动器1的输出位移，K_A为支持刚度，F为负载，J为转动圆盘的转动惯量，e为被试作动器在转动圆盘上的作用点距转动圆盘圆心的距离，如图1所示，

1)选取被试作动器1，将其安装在试验台架上；

2)选取一组转动圆盘2，测定各圆盘初始转动惯量J；

3)被试作动器1输出端与转动圆盘2相连；

4)给作动器施加输入指令1，如x＝x₀sinωt，ω(ω在0.1Hz～20Hz之间变化，Δω＝0.1Hz)测出对应的输出与输入的比

5)改变转动圆盘2的转动惯量分别为1.5J，2J，2.5J，3J，......

6)重复步骤3)至步骤4)；

7)根据式(4)，用最小二乘法求解某一频率下的和

8)绘制曲线和曲线。

本发明的作动器动态特性试验装置易于实现，操作简单快捷，不需要另外提供一台加载作动器；使用一套试验装置，通过改变作动器输出端大圆盘的惯量便可快速得到多组和本发明的作动器动态特性试验方法理论正确、简单易懂，采用最小二乘法拟合求得作动器的阻抗特性和传递特性，避免了个别试验的误差对试验结果的影响，具有试验准确的优点。

以上所述，仅为本发明的最优具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种作动器动态特性试验装置，其特征在于，包括被试作动器(1)及转动圆盘(2)，其中，所述转动圆盘(2)为可调转动惯量的圆盘，被试作动器(1)一端固定、另一端连接于所述转动圆盘(2)的非圆心位置，穿过所述转动圆盘(2)的圆心并使转动圆盘(2)绕其圆心转动，通过调节转动圆盘(2)的惯量计算并拟合出被试作动器(1)的动态特性曲线。

2.根据权利要求1所述的作动器动态特性试验装置，其特征在于，所述被试作动器(1)为直线式作动器。

3.根据权利要求1所述的作动器动态特性试验装置，其特征在于，所述动态特性曲线包括阻抗特性曲线和传递特性曲线。

4.一种作动器动态特性试验方法，其特征在于，采用如权利要求1-3所述的一种作动器动态特性试验装置，并对其进行动态特性试验，包括

步骤一：定义转动圆盘的转动惯量为J，被试作动器作用到转动圆盘上的驱动点距圆盘中心的距离为e；

步骤二：建立被试作动器的输出位u与输入位移x、支持刚度K_A、负载F、液压参数p的数学模型

u＝f(x,F,K_A,p,ω)

其中，在支持刚度和工作压力特性给定的情况下，有：

式中，表示被试作动器的传递函数，表示被试作动器的复柔度；

步骤三：试验时，采用正弦信号进行激励，即x(t)＝x₀sinωt，测量输出位移u(t)，此时，作用在圆盘上的力F表示为：

式中，β表示大圆盘的转角；

其中，β与u具有如下关系：

步骤四：建立并计算被试作动器的动态特性曲线；

将式(2)、式(3)代入式(1)中，并同除以x(ω)得：

$\frac{u}{x_0}=\frac{\∂f}{\∂x}\left(\mathrm{\ω}\right)-\frac{u}{x_0}\frac{{\mathrm{J\ω}}^2}{e^2}\frac{\∂f}{\∂F}\left(\mathrm{\ω}\right)$

通过改变转动圆盘的转动惯量J，可得：

其中i＝1,2,3,...,N式(4)

式(4)中ω、J_i、e均为已知量或测出量，用回归法或最小二乘法计算出多组和并绘制曲线和曲线，即得到被试作动器的传递特性曲线和阻抗特性曲线。