CN108267966A - 一种低频挠性力矩模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及实现一定频率干扰力矩的设备，具体地说是一种低频挠性力矩模拟装置。包括惯量盘、惯量盘角速度读取装置、电机座、伺服电机、支撑座、动态扭矩传感器及轴组件，其中伺服电机固定在电机座上，所述伺服电机的输出轴上固定连接有角速度读取装置，所述角速度读取装置的上方与惯量盘固定连接，所述电机座通过轴组件与支撑座连接，所述轴组件的下端通过动态扭矩传感器与支撑座的底部连接。本发明具有结构简单，安全可靠，便于维护，挠性力矩模拟快速的优点。

Description

一种低频挠性力矩模拟装置
技术领域
本发明涉及实现一定频率干扰力矩的设备，具体地说是一种低频挠性力矩模拟装置。
背景技术
为了实现低频挠性物体(如大面积太阳帆板)运动时产生的干扰力矩，目前采用的是全实物模拟。全实物模拟时，需要实时平衡低频挠性物体的重力，重力平衡的精度较低，附加质量及转动惯量较大，重力平衡的成本较高，难以保证挠性力矩的准确性及可靠性。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种低频挠性力矩模拟装置。该装置可通过伺服电机带动惯量盘的旋转产生低频的干扰力矩，通过对电机旋转角度和干扰力矩的测量及闭环反馈控制，可实现低频干扰力矩的模拟。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种低频挠性力矩模拟装置，包括惯量盘、惯量盘角速度读取装置、电机座、伺服电机、支撑座、动态扭矩传感器及轴组件，其中伺服电机固定在电机座上，所述伺服电机的输出轴上固定连接有角速度读取装置，所述角速度读取装置的上方与惯量盘固定连接，所述电机座通过轴组件与支撑座活动连接，所述轴组件的下端通过动态扭矩传感器与支撑座的底部连接。
所述惯量盘角速度读取装置包括圆光栅、圆光栅支座、圆光栅读数头及读数头座，其中圆光栅支座与所述伺服电机的输出轴连接，所述圆光栅固定在圆光栅支座上，所述圆光栅支座的上方与惯量盘固定连接，所述读数头座固定连接于所述电机座的一侧，所述圆光栅读数头固定连接在读数头座上、且与所述圆光栅相对应。
所述轴组件包括连接轴、轴承座及联轴器，其中轴承座的一端与所述电机座固定连接，另一端通过轴承与所述支撑座连接，所述连接轴穿过轴承座上的通孔，其上端与所述电机座连接，下端通过联轴器与所述动态扭矩传感器连接。
所述惯量盘、伺服电机的输出轴及连接轴的轴线位于同一条直线上。
所述支撑座的底部设有底板，所述底板上设有传感器支座，所述动态扭矩传感器安装传感器支座上。
所述动态扭矩传感器的下端通过连接件与所述底板连接。
所述伺服电机通过驱动器控制。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明能实现低频挠性物体运动时干扰力矩的模拟，且能实时获取干扰力矩的数值。
2本发明的伺服电机通过改变角加速度频率可实现不同频率扰动力矩的模拟，可模拟的挠性力矩的频率范围较宽。
3.本发明结构简单、安全可靠，具有一定的扩展性，可通过更换惯量盘实现较大干扰力矩的模拟，装置的安装、拆卸、维护及运输方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的剖视图；
图3为图2中A-A处的剖视图。
其中：1为惯量盘，2为圆光栅，3为圆光栅支座，4为电机座，5为伺服电机，6为连接轴，7为轴承座，8为支撑座，9为圆光栅读数头，10为读数头座，11为联轴器，12为动态扭矩传感器，13为连接件，14为底板，15为传感器支座。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1-3所示，本发明提供的一种低频挠性力矩模拟装置，包括惯量盘1、惯量盘角速度读取装置、电机座4、伺服电机5、支撑座8、动态扭矩传感器12及轴组件，其中伺服电机5固定在电机座4上，所述伺服电机5的输出轴上固定连接有角速度读取装置，所述角速度读取装置的上方与惯量盘1固定连接，所述电机座4通过轴组件与支撑座8活动连接，所述轴组件的下端通过动态扭矩传感器12与支撑座8的底部连接。
所述惯量盘角速度读取装置包括圆光栅2、圆光栅支座3、圆光栅读数头9及读数头座10，其中圆光栅支座3与所述伺服电机5的输出轴连接，所述圆光栅2固定在圆光栅支座3上，所述圆光栅支座3的上方与惯量盘1固定连接，所述读数头座10固定连接于所述电机座4的一侧，所述圆光栅读数头9固定连接在读数头座10上、且与所述圆光栅2相对应所述轴组件包括连接轴6、轴承座7及联轴器11，其中轴承座7的一端与所述电机座4固定连接，另一端通过角接触轴承与所述支撑座8连接，所述连接轴6穿过轴承座7上的通孔，其上端与所述电机座4连接，下端通过联轴器11与所述动态扭矩传感器12连接。
所述惯量盘1、伺服电机5的输出轴及连接轴6的轴线位于同一条直线上。
所述支撑座8的底部设有底板14，所述底板14上设有传感器支座15，所述动态扭矩传感器12安装传感器支座15上。所述动态扭矩传感器12的下端通过连接件13与所述底板14连接。
所述伺服电机5通过驱动器控制。
惯量盘1、圆光栅2、圆光栅支座3、电机座4、伺服电机5、连接轴6、轴承座7、支撑座8、联轴器11、连接件13及底板14均有安装直口，其中心轴线相互重合。
本发明的工作原理为：
伺服电机5在驱动器的控制下带动惯量盘1旋转，当伺服电机5的角位移按照正弦曲线变化时，惯量盘1会对电机座4产生带有一定频率的扰动力矩，且惯量盘1的角速度可通过固定于读数头座10上的圆光栅读数头9读取圆光栅2得到，扰动力矩的频率为伺服电机5正弦角位移频率，作用在电机座4上的扰动力矩会沿着连接轴6、联轴器11、动态扭矩传感器12及连接件13作用于底板14上。挠性力矩得数值可通过动态扭矩传感器12可测量得到，通过圆光栅2及动态扭矩传感器12的闭环控制，可使伺服电机5的按照预定的正弦角位移曲线旋转；当底板14与被试验物体固定连接时，该带有一定频率的挠性力矩就会作用于被试验物体上；由于伺服电机5的转速和响应是存在一定范围的，惯量盘1产生挠性力矩的频率为低频段。因此，本发明可较为简便可靠的模拟低频的挠性力矩。
本发明采用双闭环控制，扭矩闭环为外环，角速度闭环为内环。圆光栅2测量驱动电机5的旋转角度，上位机将测得到的角度信息进行差分运算并转化为驱动电机5的角速度信息，从而实现对驱动电机5的角速度闭环控制；当惯量盘1旋转时，惯量盘1旋转产生的力矩反作用至电机座4上，并通过连接轴6传递至动态扭矩传感器12，动态扭矩传感器12测量得到该扰动扭矩，从而对产生的扰动扭矩进行闭环控制，即在角速度闭环的基础上，通过扭矩传感器进一步实现扭矩闭环控制。由于动态扭矩传感器12不能承受较大的重量，轴承用于支撑连接轴6上方设备的重量，且引入较小的摩擦力矩。
本发明的实施例中，伺服电机5及动态扭矩传感器12均为市购产品，伺服电机5购置于美国KOLLMORGEN公司，型号为AKM42J；动态扭矩传感器12购置于日本UNIPUS公司，型号为UTM5。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种低频挠性力矩模拟装置，其特征在于：包括惯量盘(1)、惯量盘角速度读取装置、电机座(4)、伺服电机(5)、支撑座(8)、动态扭矩传感器(12)及轴组件，其中伺服电机(5)固定在电机座(4)上，所述伺服电机(5)的输出轴上固定连接有角速度读取装置，所述角速度读取装置的上方与惯量盘(1)固定连接，所述电机座(4)通过轴组件与支撑座(8)活动连接，所述轴组件的下端通过动态扭矩传感器(12)与支撑座(8)的底部连接。
2.根据权利要求1所述的低频挠性力矩模拟装置，其特征在于：所述惯量盘角速度读取装置包括圆光栅(2)和圆光栅支座(3)，其中圆光栅支座(3)与所述伺服电机(5)的输出轴连接，所述圆光栅(2)固定在圆光栅支座(3)上，所述圆光栅支座(3)的上方与惯量盘(1)固定连接。
3.根据权利要求2所述的低频挠性力矩模拟装置，其特征在于：所述惯量盘角速度读取装置进一步包括圆光栅读数头(9)和读数头座(10)，所述读数头座(10)固定连接于所述电机座(4)的一侧，所述圆光栅读数头(9)固定连接在读数头座(10)上、且与所述圆光栅(2)相对应。
4.根据权利要求1所述的低频挠性力矩模拟装置，其特征在于：所述轴组件包括连接轴(6)、轴承座(7)及联轴器(11)，其中轴承座(7)的一端与所述电机座(4)固定连接，另一端通过轴承与所述支撑座(8)连接，所述连接轴(6)穿过轴承座(7)上的通孔，其上端与所述电机座(4)连接，下端通过联轴器(11)与所述动态扭矩传感器(12)连接。
5.根据权利要求4所述的低频挠性力矩模拟装置，其特征在于：所述惯量盘(1)、伺服电机(5)的输出轴及连接轴(6)的轴线位于同一条直线上。
6.根据权利要求1所述的低频挠性力矩模拟装置，其特征在于：所述支撑座(8)的底部设有底板(14)，所述底板(14)上设有传感器支座(15)，所述动态扭矩传感器(12)安装传感器支座(15)上。
7.根据权利要求6所述的低频挠性力矩模拟装置，其特征在于：所述动态扭矩传感器(12)的下端通过连接件(13)与所述底板(14)连接。
8.根据权利要求1所述的低频挠性力矩模拟装置，其特征在于：所述伺服电机(5)通过驱动器控制。
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