CN108267313A - 直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试控制方法及系统，方法步骤包括读取载荷谱，针对载荷谱的按照工步进行施加载荷，在每一个工步根据工步载荷力、实测载荷力进行PID计算载荷力工程量，根据预设的载荷超调超限表进行超调预防处理后再给目标直升机尾减速器操纵杆轴承，重复直至工步载荷达标，最终完成载荷谱下的每一个工步以及完成载荷谱的循环处理。本发明能够实现对直升机尾减速器操纵杆轴承载荷测试的载荷自动加载和卸载，能自动完成载荷谱的循环加载，具有载荷测试速度快、载荷测试效率高、载荷测试安全性好的优点。

Description

直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试控制方法及系统

技术领域

本发明涉及直升机尾减速器操纵杆轴承载荷测试技术，具体涉及一种直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试控制方法及系统。

背景技术

直升飞机在飞行状态，其尾减速器操纵杆轴承会承受不同载荷的轴向力，为了检验操纵杆轴承对不同载荷的承受能力，常采用一种力加载控制测试（载荷测试）装置，来模拟飞行状态的操纵杆轴承的轴向载荷。载荷测试装置的功能在于给直升机尾减速器操纵杆轴承施加轴向载荷，但是现有载荷测试装置的载荷加载控制方法具有下述缺点：（1）现有载荷测试装置的载荷加载控制方法较多采用的是分步累加到目标值方式，该方式存在加载响应时间慢等缺点，每调整控制一个目标载荷力需要3～4秒，不利于对突变载荷的试验。（2）现有载荷测试装置的载荷加载控制方法采用单PID加到目标值方式，该方式存在加载响应时间虽然快，但容易出现超调，若超调大于容许范围，会对被试对象造成损害。此外，现有的加载控制系统没有对有效数据提取的功能，导致每次试验产生的大量数据，在某些试验要求下可能会产生高达数百万条数据，对试验有效数据存在分析困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试控制方法及系统，本发明能够实现对直升机尾减速器操纵杆轴承载荷测试的载荷自动加载和卸载，能自动完成载荷谱的循环加载，具有载荷测试速度快、载荷测试效率高、载荷测试安全性好的优点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试控制方法，实施步骤包括：

1）读取用于对目标直升机尾减速器操纵杆轴承进行载荷测试的载荷谱，所述载荷谱包括各个工步的要求时间、工步载荷力的大小和方向；

2）从载荷谱中遍历选择第一个工步作为当前工步，读取当前工步的工步载荷力；

3）检测目标直升机尾减速器操纵杆轴承的实测载荷力，将当前工步的工步载荷力减去实测载荷力作为理论输出临时值；

4）将理论输出临时值进行PID计算得到载荷力工程量；

5）将载荷力工程量和预设的载荷超调超限表进行比较判断载荷力工程量是否发生超调，所述载荷超调超限表包括输入的载荷力、目标直升机尾减速器操纵杆轴承的实测载荷力范围之间映射关系；如果载荷力工程量发生超调，则根据载荷超调超限表确定在载荷超调超限表范围内的载荷力控制工程量；否则，直接将载荷力工程量作为载荷力控制工程量；

7）将载荷力控制工程量对应的载荷力加载给目标直升机尾减速器操纵杆轴承；

8）检测目标直升机尾减速器操纵杆轴承的实测载荷力，判断实测载荷力是否达到当前工步的工步载荷力的指定±ξ裕量范围，如果尚未达到当前工步的工步载荷力的指定裕量范围，则跳转执行步骤3）；否则，跳转执行步骤9）；

9）启动工步计时，且在工步计时到达当前工步的要求时间后跳转执行步骤10）；

10）判定当前工步完成，判断载荷谱中的所有工步是否已经遍历完成，如果尚未完成，则从载荷谱中遍历选择下一个工步作为当前工步，跳转执行步骤3）；否则跳转执行下一步；

11）判断是否要继续循环加载载荷谱，如需循环加载载荷谱则跳转执行步骤2）；否则，判定载荷测试完毕。

优选地，步骤5）中载荷超调超限表的生成步骤包括：预先生成大小不同的载荷力激励信号并加载给目标直升机尾减速器操纵杆轴承，分别检测目标直升机尾减速器操纵杆轴承在大小不同的载荷力激励信号下的实测载荷力；将不同大小的载荷力激励信号及其对应的实测载荷力进行拟合，得到载荷力激励信号-载荷力反馈值拟合曲线；以载荷力激励信号-载荷力反馈值拟合曲线为中心分别设置上、下边界曲线，得到载荷超调超限表曲线；根据载荷超调超限表曲线生成载荷超调超限表，所述载荷超调超限表包括同一个载荷力反馈值对应的载荷力激励信号上边界值、拟合值以及下边界值。

优选地，步骤10）当前工步完成时还包括将当前工步检测得到的实测载荷力存入载荷测试采集数据库的步骤，载荷测试完毕后还包括下部对载荷测试采集数据库进行优化处理的步骤：

S1）初始化载荷工步计数值，初始化用于保存有效的工步数据的工步结果数据库、以及用于保存实测载荷力平均值的均值结果数据库；连接载荷测试采集数据库，从载荷测试采集数据库中遍历读取一条工步的试验数据作为当前工步数据；

S2）判断当前工步数据中的实测载荷力是否大于预设阈值F1，如果大于预设阈值F1则跳转执行步骤S3），否则跳转执行步骤S4）；

S3）判断当前工步数据中的实测载荷力是否在预设的第一取值区间范围[δ1,δ2]之间，如果不在第一取值区间范围[δ1,δ2]之间，则将当前工步数据标记为False、抛弃当前工步数据，跳转执行步骤S7）；否则，跳转执行步骤S5）；

S4）判断当前工步数据中的实测载荷力是否在预设的第二取值区间范围[δ3,δ4]之间，如果不在第二取值区间范围[δ3,δ4]之间，则将当前工步数据标记为False、抛弃当前工步数据，跳转执行步骤S7）；否则，跳转执行步骤S5）；

S5）将当前工步数据标记为True；

S6）将载荷测试采集数据库中的当前工步数据写入工步结果数据库；

S7）对载荷工步计数值累加计数；

S7）判断载荷工步计数值是否已经达到载荷测试采集数据库的最大记录数量，如果尚未达到载荷测试采集数据库的最大记录数量，则读取一条试验数据作为当前工步数据并跳转执行步骤S2）；否则，跳转执行步骤S8）；

S8）针对所有标记为True的工步的实测载荷力求平均值，得到实测载荷力平均值；

S9）将实测载荷力平均值写入均值结果数据库。

本发明还提供一种直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试控制系统，包括计算机设备，所述计算机设备被编程以执行本发明前述直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试控制方法的步骤。

本发明直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试控制方法具有下述优点：

1、本发明通过包括各个工步的要求时间、工步载荷力的大小和方向的载荷谱来实现分工步测试以及基于载荷谱的循环测试，能够实现对直升机尾减速器操纵杆轴承载荷测试的载荷自动加载和卸载，能自动完成载荷谱的循环加载，具有载荷测试速度快、载荷测试效率高的优点。直升机尾减速器操纵杆轴承耐久性寿命试验时常常需要进行几百甚至上千小时的不间断测试，本发明可以在人工启动后无人状态下高效自动完成此种类型试验，具有较高的经济性，也有助于降低实验人员劳动强度。

2、本发明将理论输出临时值进行PID计算得到载荷力工程量后，将载荷力工程量和预设的载荷超调超限表进行比较判断载荷力工程量是否发生超调，引入了超载限制表对载荷谱每一个工步加载进行了输出限制，具有载荷测试安全性好的优点。

3、本发明的载荷响应速度能满足某些特殊载荷试验中对较高动态变化载荷谱要求，对完成直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试具有重要意义。

4、本发明的载荷响应速度快，超调得到较好控制，还具有降低整个试验每个工步从初始值控制到目标值的调整时间，也就是降低无效载荷力的对直升机尾减速器操纵杆轴承的影响。

本发明直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试控制系统为本发明直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试控制方法对应的系统，因此同样也具有本发明直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试控制方法的前述优点，故在此不再赘述。

附图说明

图1为本发明实施例中直升机尾减速器操纵杆轴承载荷测试装置的结构示意图。

图2为本发明实施例中直升机尾减速器操纵杆轴承载荷测试装置的工作流程示意图。

图3为本发明实施例方法的基本流程示意图。

图4为本发明实施例方法的载荷超调超限表示意图。

图5为本发明实施例方法中对载荷测试采集数据库进行优化处理的流程示意图。

具体实施方式

下文将以图1所示直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试装置为例，对本发明直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试控制方法及系统进行进一步的详细说明。如图1所示，该直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试装置包括转速驱动系统1、力加载执行系统2、传感检测单元3、数据采集卡4和工业计算机5，转速驱动系统1、力加载执行系统2分别与目标直升机尾减速器操纵杆轴承相连，转速驱动系统1用于驱动目标直升机尾减速器操纵杆轴承转动、力加载执行系统2用于为目标直升机尾减速器操纵杆轴承施加载荷，传感检测单元3包括力传感器31、温度传感器32、转速传感器33、铁屑末传感器34，力传感器31用于检测目标直升机尾减速器操纵杆轴承的实测载荷力，温度传感器32用于检测目标直升机尾减速器操纵杆轴承的温度，转速传感器33用于检测目标直升机尾减速器操纵杆轴承的转速，铁屑末传感器34用于检测目标直升机尾减速器操纵杆轴承的铁屑末是否超标，力传感器31的输出端通过力变送器311与数据采集卡4相连，温度传感器32的输出端通过温度变送器321与数据采集卡4相连，转速传感器33的输出端通过转速变送器331与数据采集卡4相连，铁屑末传感器34的输出端直接与数据采集卡4相连，数据采集卡4和工业计算机5相连，工业计算机5一方面可以通过数据采集卡4采集传感检测单元3检测得到的数据、另一方面也可以通过数据采集卡4输出控制信号给转速驱动系统1、力加载执行系统2，从而控制目标直升机尾减速器操纵杆轴承的转速和施加的载荷力。直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试装置的按照图2所示逻辑完成对目标直升机尾减速器操纵杆轴承的力加载，测试，数据采集，权限管理和采集数据分析等功能。当获得权限管理模块的相应授权后，进入载荷试验人机界面模块；人机界面模块在收到启动指令后，通过载荷处理模块访问数据库调入载荷数据；载荷数据通过控制模块对操纵杆轴承加载，人机界面模块对采集的数据分析模块分析；机界面模块可以调用报表输出模块实现采集的载荷数据以报表的形式输出。

如图3所示，本实施例直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试控制方法的实施步骤包括：

1）读取用于对目标直升机尾减速器操纵杆轴承进行载荷测试的载荷谱，载荷谱包括各个工步的要求时间、工步载荷力的大小和方向；

2）从载荷谱中遍历选择第一个工步作为当前工步，读取当前工步的工步载荷力；

3）检测目标直升机尾减速器操纵杆轴承的实测载荷力，将当前工步的工步载荷力减去实测载荷力作为理论输出临时值；

4）将理论输出临时值进行PID计算得到载荷力工程量；

5）将载荷力工程量和预设的载荷超调超限表进行比较判断载荷力工程量是否发生超调，载荷超调超限表包括输入的载荷力、目标直升机尾减速器操纵杆轴承的实测载荷力范围之间映射关系；如果载荷力工程量发生超调，则根据载荷超调超限表确定在载荷超调超限表范围内的载荷力控制工程量；否则，直接将载荷力工程量作为载荷力控制工程量；

7）将载荷力控制工程量对应的载荷力加载给目标直升机尾减速器操纵杆轴承；

8）检测目标直升机尾减速器操纵杆轴承的实测载荷力，判断实测载荷力是否达到当前工步的工步载荷力的指定±ξ裕量范围，如果尚未达到当前工步的工步载荷力的指定裕量范围，则跳转执行步骤3）；否则，跳转执行步骤9）；

9）启动工步计时，且在工步计时到达当前工步的要求时间后跳转执行步骤10）；

10）判定当前工步完成，判断载荷谱中的所有工步是否已经遍历完成，如果尚未完成，则从载荷谱中遍历选择下一个工步作为当前工步，跳转执行步骤3）；否则跳转执行下一步；

11）判断是否要继续循环加载载荷谱，如需循环加载载荷谱则跳转执行步骤2）；否则，判定载荷测试完毕。

本实施例直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试控制方法能快速自动控制载荷到目标值，调整速度提高到1秒就可以达到目标载荷值，且试验精度满足实验要求；载荷工步能自动循环，实现长时间无人值守试验。

本实施例中，步骤5）中载荷超调超限表的生成步骤包括：预先生成大小不同的载荷力激励信号并加载给目标直升机尾减速器操纵杆轴承，分别检测目标直升机尾减速器操纵杆轴承在大小不同的载荷力激励信号下的实测载荷力；将不同大小的载荷力激励信号及其对应的实测载荷力进行拟合，得到载荷力激励信号-载荷力反馈值拟合曲线（参见图4中的“拟合曲线”）；以载荷力激励信号-载荷力反馈值拟合曲线为中心分别设置上、下边界曲线，得到载荷超调超限表曲线（参见图4中的“载荷超调超限表曲线”）；根据载荷超调超限表曲线生成载荷超调超限表，载荷超调超限表包括同一个载荷力反馈值对应的载荷力激励信号上边界值、拟合值以及下边界值。本实施例中，步骤5）中根据载荷超调超限表确定在载荷超调超限表范围内的载荷力控制工程量根据是指：将载荷力工程量查找载荷超调超限表获取载荷力工程量对应的±ξ范围内出现概率最大的激励信号值作为在载荷超调超限表范围内的载荷力控制工程量输出。此外也可采用边界值、中间值等，同样也可以实现防超调处理。

本实施例中，步骤10）当前工步完成时还包括将当前工步检测得到的实测载荷力存入载荷测试采集数据库的步骤，如图5所示， 载荷测试完毕后还包括下部对载荷测试采集数据库进行优化处理的步骤：

S1）初始化载荷工步计数值，初始化用于保存有效的工步数据的工步结果数据库、以及用于保存实测载荷力平均值的均值结果数据库；连接载荷测试采集数据库，从载荷测试采集数据库中遍历读取一条工步的试验数据作为当前工步数据；

S2）判断当前工步数据中的实测载荷力是否大于预设阈值F1，如果大于预设阈值F1则跳转执行步骤S3），否则跳转执行步骤S4）；

S3）判断当前工步数据中的实测载荷力是否在预设的第一取值区间范围[δ1,δ2]之间，如果不在第一取值区间范围[δ1,δ2]之间，则将当前工步数据标记为False、抛弃当前工步数据，跳转执行步骤S7）；否则，跳转执行步骤S5）；

S4）判断当前工步数据中的实测载荷力是否在预设的第二取值区间范围[δ3,δ4]之间，如果不在第二取值区间范围[δ3,δ4]之间，则将当前工步数据标记为False、抛弃当前工步数据，跳转执行步骤S7）；否则，跳转执行步骤S5）；

S5）将当前工步数据标记为True；

S6）将载荷测试采集数据库中的当前工步数据写入工步结果数据库；

S7）对载荷工步计数值累加计数；

S7）判断载荷工步计数值是否已经达到载荷测试采集数据库的最大记录数量，如果尚未达到载荷测试采集数据库的最大记录数量，则读取一条试验数据作为当前工步数据并跳转执行步骤S2）；否则，跳转执行步骤S8）；

S8）针对所有标记为True的工步的实测载荷力求平均值，得到实测载荷力平均值；

S9）将实测载荷力平均值写入均值结果数据库。

本实施例直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试控制方法通过步骤S1）～S9）对载荷测试采集数据库进行优化处理，实现多大几百万条的记录数据按照需要的数据范围提取出有效数据，并按试验工步分类存入对应处理数据库，把每一工步提取的有效数据进行统计、求平均等分析，并将统计分析、平均后结果记录下来，也使得使整个试验产生的200多万条数据处理为极为方便分析的5000多条数据，大大的方便了试验结果的分析，大幅提高试验效率。

此外，本实施例还提供一种直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试控制系统，包括计算机设备，计算机设备被编程以执行本实施例前述直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试控制方法的步骤，该计算机设备具体采用工业计算机实现。此外，也可以根据需要采用其他嵌入式计算机设备实现，在此不再赘述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试控制方法，其特征为实施步骤包括：

1）读取用于对目标直升机尾减速器操纵杆轴承进行载荷测试的载荷谱，所述载荷谱包括各个工步的要求时间、工步载荷力的大小和方向；

2）从载荷谱中遍历选择第一个工步作为当前工步，读取当前工步的工步载荷力；

3）检测目标直升机尾减速器操纵杆轴承的实测载荷力，将当前工步的工步载荷力减去实测载荷力作为理论输出临时值；

4）将理论输出临时值进行PID计算得到载荷力工程量；

5）将载荷力工程量和预设的载荷超调超限表进行比较判断载荷力工程量是否发生超调，所述载荷超调超限表包括输入的载荷力、目标直升机尾减速器操纵杆轴承的实测载荷力范围之间映射关系；如果载荷力工程量发生超调，则根据载荷超调超限表确定在载荷超调超限表范围内的载荷力控制工程量；否则，直接将载荷力工程量作为载荷力控制工程量；

7）将载荷力控制工程量对应的载荷力加载给目标直升机尾减速器操纵杆轴承；

8）检测目标直升机尾减速器操纵杆轴承的实测载荷力，判断实测载荷力是否达到当前工步的工步载荷力的指定±ξ裕量范围，如果尚未达到当前工步的工步载荷力的指定裕量范围，则跳转执行步骤3）；否则，跳转执行步骤9）；

9）启动工步计时，且在工步计时到达当前工步的要求时间后跳转执行步骤10）；

10）判定当前工步完成，判断载荷谱中的所有工步是否已经遍历完成，如果尚未完成，则从载荷谱中遍历选择下一个工步作为当前工步，跳转执行步骤3）；否则跳转执行下一步；

11）判断是否要继续循环加载载荷谱，如需循环加载载荷谱则跳转执行步骤2）；否则，判定载荷测试完毕。

2.根据权利要求1所述的直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试控制方法，其特征为，步骤5）中载荷超调超限表的生成步骤包括：预先生成大小不同的载荷力激励信号并加载给目标直升机尾减速器操纵杆轴承，分别检测目标直升机尾减速器操纵杆轴承在大小不同的载荷力激励信号下的实测载荷力；将不同大小的载荷力激励信号及其对应的实测载荷力进行拟合，得到载荷力激励信号-载荷力反馈值拟合曲线；以载荷力激励信号-载荷力反馈值拟合曲线为中心分别设置上、下边界曲线，得到载荷超调超限表曲线；根据载荷超调超限表曲线生成载荷超调超限表，所述载荷超调超限表包括同一个载荷力反馈值对应的载荷力激励信号上边界值、拟合值以及下边界值。

3.根据权利要求1或2所述的直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试控制方法，其特征为，步骤10）当前工步完成时还包括将当前工步检测得到的实测载荷力存入载荷测试采集数据库的步骤，载荷测试完毕后还包括下部对载荷测试采集数据库进行优化处理的步骤：

S1）初始化载荷工步计数值，初始化用于保存有效的工步数据的工步结果数据库、以及用于保存实测载荷力平均值的均值结果数据库；连接载荷测试采集数据库，从载荷测试采集数据库中遍历读取一条工步的试验数据作为当前工步数据；

S2）判断当前工步数据中的实测载荷力是否大于预设阈值F1，如果大于预设阈值F1则跳转执行步骤S3），否则跳转执行步骤S4）；

S3）判断当前工步数据中的实测载荷力是否在预设的第一取值区间范围[δ1,δ2]之间，如果不在第一取值区间范围[δ1,δ2]之间，则将当前工步数据标记为False、抛弃当前工步数据，跳转执行步骤S7）；否则，跳转执行步骤S5）；

S4）判断当前工步数据中的实测载荷力是否在预设的第二取值区间范围[δ3,δ4]之间，如果不在第二取值区间范围[δ3,δ4]之间，则将当前工步数据标记为False、抛弃当前工步数据，跳转执行步骤S7）；否则，跳转执行步骤S5）；

S5）将当前工步数据标记为True；

S6）将载荷测试采集数据库中的当前工步数据写入工步结果数据库；

S7）对载荷工步计数值累加计数；

S7）判断载荷工步计数值是否已经达到载荷测试采集数据库的最大记录数量，如果尚未达到载荷测试采集数据库的最大记录数量，则读取一条试验数据作为当前工步数据并跳转执行步骤S2）；否则，跳转执行步骤S8）；

S8）针对所有标记为True的工步的实测载荷力求平均值，得到实测载荷力平均值；

S9）将实测载荷力平均值写入均值结果数据库。

4.一种直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试控制系统，包括计算机设备，其特征在于：所述计算机设备被编程以执行权利要求1～3中任意一项所述直升机尾减速器操纵杆轴承的载荷测试控制方法的步骤。