CN107191435A - 一种作动器动态特性的简易测试装置 - Google Patents
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- F15B19/00—Testing; Calibrating; Fault detection or monitoring; Simulation or modelling of fluid-pressure systems or apparatus not otherwise provided for
- F15B19/007—Simulation or modelling
Abstract
本发明公开了一种作动器动态特性的简易测试装置，包含：底座；设置在底座上部的固定架，用于固定作动器；一对支撑柱，其竖直设置于底座上；对应连接设置于每个支撑柱的弹性悬梁臂，所述的弹性悬梁臂位于作动器的两侧；一对夹持部件，其分别设置在弹性悬梁臂的端部位置处，且夹持作动器的输出端；在弹性悬梁臂的一端根部且靠近支撑柱的一侧贴有电阻应变片。本发明结构简易，可靠，动态性能测试精度高，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及测试装置，特别涉及一种作动器动态特性的简易测试装置。
背景技术
国内研制成熟的作动器加载测试系统大多数都是大转矩、大功率的电液伺服系统，主要用于测试液压和气动作动器，对电动作动器这类小功率的位置伺服执行机构来说并不适用；华中测控技术有限公司设计的以力矩电机作为执行机构的被动式电动负载模拟器代表了先进的水平，这类系统小信号跟踪能力强、加载分辨率高，适合力矩加载，但是工作频带、输出幅值相对较低，并且由于加载对象作动器的主动运动，会引起多余力矩产生,严重影响了加载系统的控制性能和加载精度，并且其结构复杂、庞大，价格昂贵，并不满足普通高校的科研需求和中小企业测试产品性能需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种作动器动态特性的简易测试装置，结构简易，可靠，动态性能测试精度高，测量成本低。
为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种作动器动态特性的简易测试装置，其特点是，包含：底座；
设置在底座上部的固定架，用于固定作动器；
一对支撑柱，其竖直设置于底座上；
对应连接设置于每个支撑柱的弹性悬梁臂，所述的弹性悬梁臂位于作动器的两侧；
一对夹持部件，其分别设置在弹性悬梁臂的端部位置处，且夹持作动器的输出端；
在弹性悬梁臂的一端根部且靠近支撑柱的一侧贴有电阻应变片；
所述的夹持部件包含：
套筒，其套住所述的作动器输出端；
一对夹板，其分别设置在套筒的顶面及底面；
一对可调压头，其分别安装于夹板上，并与弹性悬梁臂两侧面接触。
还包含电路连接的桥盒、动态应变仪、数据采集系统和上位机；
所述的电阻应变片产生应变，通过桥盒和动态应变仪将应变转化为相应的电压信号并传输给数据采集系统；
所述的上位机实时显示电压波形。
所述的上位机还与作动器相连，并发出作动指令给作动器。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1、作动器动态特性加载测试装置与现有的负载模拟器或者旋转电机测功机相比，结构大大简化，实现低成本测试作动器的动态特性；
2、可以适用于各类作动器，测试对象的范围较宽，不论旋转的作动器还是直线的执行机构，都能够测试其动态特性；
3、较宽的加载力矩范围，只要根据作动器的特点设计不同规格的弹簧钢弹性悬臂梁，选择不同测量范围的电阻应变片，就能够对各种作动器进行力矩的加载测试；
4、本加载测试系统属于机械式的模拟器，它可以通过加载台上弹性悬臂梁的固定座的左右、前后移动，灵活的改变力矩加载的位置和大小，并且可靠性高，不会产生多余力矩；
5、可以根据实际作动器的工作特点，选择数据采集系统中的数据采集卡，因此数据采样频率高，有较宽的工作频带，不存在测试系统跟踪不了作动器高速运动的情况。
6、在实际加载测试实验中，标定采用了多次测量取平均值，测量精度主要就体现在线性拟合的精度上，基本上拟合精度为99.98％。
附图说明
图1为本发明一种作动器动态特性的简易测试装置的结构原理图；
图2为本发明桥盒放大电路图；
图3为本发明弹性悬梁结构示意图；
图4为本发明弹性悬梁测试原理图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1、3所示，一种作动器动态特性的简易测试装置，包含：底座1；设置在底座1上部的固定架2，用于固定作动器3；一对支撑柱4，其通过螺钉竖直设置于底座1上；对应连接设置于每个支撑柱4的弹性悬梁臂5，所述的弹性悬梁臂5位于作动器3的两侧；一对夹持部件，其分别设置在弹性悬梁臂的端部位置处，且夹持作动器的输出端；在弹性悬梁臂5的一端根部且靠近支撑柱4的一侧通过胶水贴有电阻应变片7，本实施例中选用测量变形量超过2％的电阻应变片，其应变片测量能达到30万微应变，基本可以满足测量使用要求。
上述的夹持部件包含：套筒61，其套住所述的作动器输出端；一对夹板62，其分别设置在套筒61的顶面及底面；一对可调压头63，其分别安装于夹板62上，并与弹性悬梁臂5两侧面接触。
该测试装置还包含电路连接的桥盒、动态应变仪、数据采集系统和上位机；所述的电阻应变片产生应变，通过桥盒和动态应变仪将应变转化为相应的电压信号并传输给数据采集系统；其中上位机通过RS232串口通信或CAN总线通信，或者其他常见通信模式，与作动器进行指令传输，上位机通过USB口与数据采集系统进行数据传输，底座1是一个平面的平台，桥盒包含4个电阻R1R2R3R4，具体连接关系请参见图2。
所述的上位机实时显示电压波形。所述的上位机还与作动器相连，并发出作动指令给作动器。
弹性悬臂梁5可以扩展为任意形状，采用任何材质的弹性材料加工制造，采用了弹性悬臂梁5进行作动器3的力和力矩加载。
测试装置的工作原理如下：上位机给定作动器的运动控制指令，通过RS232串口通信或CAN总线通信将指令传输到作动器的数字信号微处理器，作动器根据控制指令运动到相应位置(可以是位移或者角度)，作动器的运动通过弹性悬臂梁5转化为贴在悬臂梁一端根部的电阻应变片7产生微应变，通过桥盒和动态应变仪将微应变转化为相应的电压信号传输给高速数据采集系统，高速数据采集系统将数据传输到上位机，通过上位机上的自主开发的分析软件实时显示加载测试曲线，从而可以分析作动器的一系列动态特性(如阶跃相应时间，正弦跟踪能力，系统带宽等等)。
其设计原理：根据材料在小变形范围内，其受到的作用力与产生的变形、挠度等成线性关系的原理，可以设计出不同力矩范围的弹性悬臂梁5，以满足作动器不同的力矩加载要求。图4中弹性悬臂梁的简化模型可以得到由反作用力获得的加载力矩M＝FL2，式中的L2为力F的作用点与作动器输出轴线之间的距离，在力F的作用下弹性悬臂梁会产生向下的位移，即梁的挠度其中E为材料的弹性模量
测量前，首先对进行作动器动态特性的简易测试装置的标定，就是找到弹性悬臂梁5的变形量与数据采集系统采集的电压之间的比例关系，相当于灵敏度系数K。动态应变仪采用YE3818C动态电阻应变仪，标定时采用砝码加载，分两个阶段加载。考虑到加工误差影响，对每条弹性悬臂梁5都进行标定，从0Kg到5Kg，再到10Kg，逐级加载并测出相应的挠度fB，进行多次重复标定，得到的数据点可以通过数据处理软件ORIGIN进行线性拟合，可以得到挠度fB与采集到的电压值之间的对应关系，其实质是弹性悬臂梁5受压产生的应变对应电压之间的关系，即fB＝f(u)，同时可以根据弹性悬臂梁的反作用力，力矩和作动器的旋转角度直接的关系式子F＝f(fB)，M＝f(F)，fB＝L2sinθ，可以推导出作动器的输出力矩M、转角θ与采集电压值的对应关系。
通过标定得到作动器3的输出力矩M、转角θ与高速数据采集系统采集电压值的对应关系，就可以进行作动器的一些动态性能测试。
下面再以测量旋转作动器的阶跃响应特性为例说明系统的工作过程：
上位机给定作动器的一个偏转角度的运动控制指令，通过RS232串口通信或CAN总线通信将指令传输到作动器的数字信号微处理器，作动器根据控制指令偏转一定的角度，由于套筒将作动器输出的轴的运动传递到了可调压头上，进而压紧弹性悬臂梁向下运动一定的位移，此位移经过悬臂梁一端根部的电阻应变片产生微应变，通过桥盒和动态应变仪将微应变转化为相应的电压信号传输给高速数据采集系统，高速数据采集系统将数据传输到上位机，通过上位机上的自主开发的分析软件实时显示所测得时间电压曲线，其中电压从零跳变到最大值这个过程的时间就是作动器的阶跃响应时间，而通过上面标定得到的关系式可以算出作动器的偏转误差，经过多次测量取平均值就可以得到作动器比较准确的阶跃响应特性。
同上步骤，可以测试作动器的正弦跟踪能力，系统带宽等动态性能。
综上所述，本发明一种作动器动态特性的简易测试装置，结构简易，可靠，动态性能测试精度高，测量成本低。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (4)
1.一种作动器动态特性的简易测试装置，其特征在于，包含：
底座；设置在底座上部的固定架，用于固定作动器；一对支撑柱，其竖直设置于底座上；对应连接设置于每个支撑柱的弹性悬梁臂，所述的弹性悬梁臂位于作动器的两侧；一对夹持部件，其分别设置在弹性悬梁臂的端部位置处，且夹持作动器的输出端；在弹性悬梁臂的一端根部且靠近支撑柱的一侧贴有电阻应变片。
2.如权利要求1所述的作动器动态特性的简易测试装置，其特征在于，所述的夹持部件包含：套筒，其套住所述的作动器输出端；一对夹板，其分别设置在套筒的顶面及底面；一对可调压头，其分别安装于夹板上，并与弹性悬梁臂两侧面接触。
3.如权利要求1所述的作动器动态特性的简易测试装置，其特征在于，还包含电路连接的桥盒、动态应变仪、数据采集系统和上位机；所述的电阻应变片产生应变，通过桥盒和动态应变仪将应变转化为相应的电压信号并传输给数据采集系统；所述的上位机实时显示电压波形。
4.如权利要求3所述的作动器动态特性的简易测试装置，其特征在于，所述的上位机还与作动器相连，并发出作动指令给作动器。
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