CN108613819A - 一种测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种测试系统，用于对待测试舵机进行性能测试，包括舵机测试平台、可变负载组件、联轴器、编码器、控制器以及终端设备。可变负载组件与待测试舵机连接以模拟待测试舵机的不同大小的运行负载，控制器可将从终端设备接收到的控制指令转换为对应的脉冲宽度调制波，并控制待测试舵机在该脉冲宽度调制波的控制下进行旋转。编码器通过联轴器与待测试舵机连接，以在待测试舵机的带动下转动，并将角度变化信息发送至控制器以使控制器反馈至终端设备，终端设备将所述角度变化信息进行实时显示。该测试系统结构简单、成本低，并且通过增设可变负载组件，可模拟舵机的实际负载情况，使得测试结构结果更加准确可靠。
Description
技术领域
本发明涉及电动伺服技术领域，具体而言，涉及一种测试系统。
背景技术
电动舵机是导弹和无人机等飞行器制导与控制系统的执行机构。电动舵机依据导弹或无人机控制器输出的控制信号，通过操纵导弹或无人机的航翼，获得导弹或无人机飞行过程中由于航翼偏转产生的空气动力及气动阻力矩，从而稳定和控制导弹或无人机，使导弹或无人机按设定的轨道飞行。
在进行飞行器整机地面仿真试验前，需单独对装配在飞行器上的电动舵机的功能和性能进行测试，以保证电动舵机的性能稳定，满足设计要求，进而确保飞行器整机性能安全可靠和整机地面仿真试验成功率。目前的测试设备大多结构复杂、制作成本高，且测试条件和实际飞行器飞行条件相差较远，导致测试结果不够准确。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于，提供一种测试系统以解决上述问题。
本发明较佳实施例提供一种测试系统，所述测试系统包括舵机测试平台、可变负载组件、联轴器、编码器、控制器以及终端设备；
所述待测试舵机、可变负载组件以及编码器安装于所述舵机测试平台，所述可变负载组件与所述待测试舵机连接，用于模拟所述待测试舵机的不同大小的运行负载；
所述控制器用于接收所述终端设备发送的控制指令，根据所述控制指令生成对应的脉冲宽度调制波，并将所述脉冲宽度调制波发送至所述待测试舵机，以使所述待测试舵机在所述脉冲宽度调制波的控制下进行旋转；
所述联轴器的一端与所述待测试舵机的转轴连接、另一端与所述编码器连接，用于在所述待测试舵机的转动下使所述编码器产生角度变化；
所述编码器用于将角度变化信息发送至所述控制器，以使所述控制器将所述角度变化信息转发至所述终端设备；
所述终端设备用于接收所述控制器反馈的角度变化信息，并实时显示所述角度变化信息。
可选地，在上述测试系统中，所述可变负载组件包括滑轮结构、钢丝绳以及测试块；
所述滑轮结构安装于所述舵机测试平台上，所述钢丝绳与所述滑轮结构配合，且一端与所述测试块连接、另一端与所述待测试舵机的机臂连接。
可选地，在上述测试系统中，所述测试块包括多个不同重量的砝码。
可选地，在上述测试系统中，所述舵机测试平台包括测试架，所述测试架呈水平设置，所述测试架的一端与所述滑轮结构连接、另一端与所述待测试舵机的机臂的第一端连接，且所述测试架与所述待测试舵机的机臂之间的夹角小于90度，所述待测试舵机的机臂的第二端与所述钢丝绳连接。
可选地，在上述测试系统中，所述测试架的材质为铝合金材质。
可选地，在上述测试系统中，所述控制器还用于按以下公式计算所述待测试舵机的力矩：
Mf＝M*g*sin(a1)
L＝sin(atan((x*sin(a1))/(1-(x*cos(a1)))))
MM＝Mf*L＝M*g*sin(a1)*sin(atan((x*sin(a1))/(1-(x*cos(a1)))))
其中，Mf为所述钢丝绳上的拉力，M为所述测试块的重量，g为重力加速度，a1为所述待测试舵机的机臂与所述测试架之间的夹角，x为所述待测试舵机的机臂长度，L为所述待测试舵机的力臂长度，MM为所述待测试舵机的力矩。
可选地，在上述测试系统中，所述编码器包括采样检测模块和放大输出模块；
所述采样检测模块用于采集在所述待测试舵机的转动下产生的微应变，并将所述微应变发送至所述放大输出模块，所述放大输出模块用于将所述微应变进行放大处理，并将放大处理后得到的角度变化信息发送至所述控制器。
可选地，在上述测试系统中，所述采样检测模块为电阻应变片。
可选地，在上述测试系统中，所述编码器为绝对式磁电编码器。
可选地，在上述测试系统中，所述控制器包括DSP28335处理芯片。
本发明实施例提供的测试系统，用于对待测试舵机进行性能测试，该测试系统包括舵机测试平台、安装在舵机测试平台上的可变负载组件和编码器，以及联轴器、控制器和终端设备。其中，可变负载组件与待测试舵机连接，可用于模拟待测试舵机的不同大小的运行负载，控制器可根据接收到的终端设备发送的控制指令生成对应的脉冲宽度调制波，并将其发送至待测试舵机以使待测试舵机在该脉动宽度调制波的控制下进行旋转。编码器可通过联轴器与待测试舵机连接，并在待测试舵机的转动下产生角度变化，将角度变化信息发送至控制器，以使控制器转发至终端设备，终端设备在接收到角度变化信息后进行实时显示。本发明提供的测试系统，结构简单、成本低，并且通过增设可变负载组件，可模拟舵机的实际负载情况，使得测试结构结果更加准确可靠。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明较佳实施例提供的一种测试系统的结构框图。
图2为本发明较佳实施例提供的待测试舵机及可变负载组件连接的示意图。
图3为本发明较佳实施例提供的一种编码器的结构框图。
图4为本发明较佳实施例提供的测试界面的示意图。
图5为本发明较佳实施例提供的一种测试结果图。
图6为本发明较佳实施例提供的另一种测试结果图。
图标：100-测试系统；110-舵机测试平台；111-测试架；120-可变负载组件；121-滑轮结构；122-钢丝绳；123-测试块；130-联轴器；140-编码器；141-采样检测模块；142-放大输出模块；150-控制器；160-终端设备。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1，本发明实施例提供一种测试系统100，该测试系统100可用于对待测试舵机进行性能测试。所述测试系统100包括舵机测试平台110、可变负载组件120、联轴器130、编码器140、控制器150以及终端设备160。
其中，所述待测试舵机、可变负载组件120以及编码器140可安装于所述舵机测试平台110。所述可变负载组件120与所述待测试舵机连接，可用于模拟待测试舵机的不同大小的运行负载。所述控制器150可用于接收所述终端设备160发送的控制指令，并根据该控制指令生成对应的脉冲宽度调制波，并将所述脉冲宽度调制波发送至所述待测试舵机，以使所述待测试舵机在所述脉冲宽度调制波的控制下进行旋转。
所述联轴器130的一端与所述待测试舵机的转轴连接、另一端与所述编码器140连接，所述联轴器130可用于在所述待测试舵机的转动下带动所述编码器140产生角度变化。所述编码器140可将得到的角度变化信息发送至所述控制器150，以使所述控制器150将所述角度变化信息转发至所述终端设备160。
所述终端设备160可用于接收所述控制器150反馈的角度变化信息，并实时显示所述角度变化信息。其中，所述终端设备160可实时显示所述待测试舵机当前的舵机角度和机臂在负载下的力矩估计值。
请参阅图2，在本实施例中，可变负载组件120包括滑轮结构121、钢丝绳122以及测试块123。所述滑轮结构121安装在所述舵机测试平台110上，所述钢丝绳122与所述滑轮结构121相配合。所述钢丝绳122的一端与所述测试块123连接、另一端与所述待测试舵机的机臂连接。如此，所述测试块123可通过钢丝绳122与待测试舵机的机臂连接，可用于在测试中模拟所述待测试舵机的负载。此外，也可采用其他材质的连接件连接所述测试块123和待测试舵机的机臂，例如，尼龙绳、涤纶丝或纤维等，本实施例中不作具体限制，可根据需求进行选择。
在本实施例中，所述测试块123可包括多个重要不同的砝码，所述砝码的具体重量和材质可根据需求进行选择，本实施例不作具体限制。采用多个不同的砝码组成所述测试块123，可在进行性能试验时灵活地改变测试块123的重量，以用于模拟所述待测试舵机的不同大小的运行负载。
在本实施例中，所述舵机测试平台110包括测试架111，所述测试架111呈水平设置，所述测试架111的一端与所述滑轮结构121连接、另一端与所述待测试舵机的机臂的第一端连接。并且，所述测试架111与所述待测试舵机的机臂之间的夹角小于90度。所述待测试舵机的机臂的第二端与所述钢丝绳122连接。如此，所述钢丝绳122、待测试舵机的机臂以及所述测试架111可构成一个锐角三角形。所述测试块123可利用自身重力，并通过所述钢丝绳122连接所述待测试舵机的机臂以模拟运行负载。
所述测试架111的形状可为长条形，例如截面形状为长方形、正方形、圆形或椭圆形的长条状结构，具体不作限制。所述测试架111的材质可采用金属、塑料等，可根据需求进行选择。本实施例中的测试架111采用铝合金材质制作而成，铝合金材质具有重量轻、塑性好且强度较高等优点。采用铝合金制成的测试架111，整体重量较轻，且耐用性更好。
基于上述的钢丝绳122、待测试舵机的机臂以及测试架111的位置关系，所述控制器150还可用于计算得到所述待测试舵机的力矩。本实施例中，所述控制器150可包括DSP28335处理芯片，该处理芯片为整个测试系统100的数据处理中枢。所述控制器150可根据以下公式计算得到所述待测试舵机的机臂所受力矩：
Mf＝M*g*sin(a1)
L＝sin(atan((x*sin(a1))/(1-(x*cos(a1)))))
MM＝Mf*L＝M*g*sin(a1)*sin(atan((x*sin(a1))/(1-(x*cos(a1)))))
其中，Mf为所述钢丝绳122上的拉力，M为所述测试块123的重量，g为重力加速度，a1为所述待测试舵机的机臂与所述测试架111之间的夹角，x为所述待测试舵机的机臂长度，L为所述待测试舵机的力臂长度，MM为所述待测试舵机的力矩。
如此，在试验时，在获得测试块123的重量以及待测试舵机的机臂与测试架111的角度的基础上可计算得到所述待测试舵机的力矩。所述待测试舵机的机臂所受力矩即与测试块123重量和舵机角度a1相关，在所述待测试舵机转动过程中，机臂所受力矩随舵机角度实时变化，如此更贴近飞行器中舵机的真实运行过程。
在本实施例中，所述编码器140可在所述待测试舵机的转动下产生角度变化。可选地，请参阅图3，所述编码器140可包括采样检测模块141和放大输出模块142。所述采样检测模块141可用于采集在所述待测试舵机的转动下产生的微应变，并将所述微应变发送至所述放大输出模块142。所述放大输出模块142可用于将所述微应变进行放大处理，并将放大处理后得到的角度变化信息发送至所述控制器150。
本实施例中，所述编码器140可采用磁电编码，磁电编码器的采样检测模块可为电阻应变片。由于金属丝的电阻值除了与材料的性质有关之外，还与金属丝的长度、截面面积有关。因此，所述编码器140在待测试舵机的转动下被带动转动时，电阻应变片的受力变形，金属丝的长度和截面面积也随着一起变化，进而发生阻值的变化。而所述放大输出模块142一般由三极管和运算放大器等器件组成，以对采样检测模块141检测到微应变进行放大输出处理。
所述磁电编码器可为绝对式磁电编码器，或者增量式磁电编码器，本实施例中采用绝对式磁电编码器。相比增量式磁电编码器，绝对式磁电编码器能够记忆设备的绝对位置、角度和圈数等，一旦位置、角度和圈数固定，绝对式磁电编码器的示值都唯一固定，即使是在停电上电后。
此外，本实施例中，所述编码器140也可采用光电编码器，光电编码器一般由发光元件、光敏元件和光信号元件等组成，可配合光栅以检测待测试舵机的旋转信息。光栅可设置在光电编码器的码盘上，在待测试舵机旋转时，可通过联轴器130带动所述光电编码器的码盘转动，从而带动所述光栅转动。光电编码器可利用光栅转动采集到的光信号转换得到脉冲信息，并根据脉冲信号得到待测试舵机以及码盘的旋转信息。
由上述可知，所述终端设备160可向所述控制器150发送控制指令，并且可接收所述控制器150反馈的角度变化信息并进行显示。所述终端设备160采用labview软件设计，可包括测试界面，如图4所示，其中，所述测试界面上可包括波形显示区域、端口选择框、零点设置按钮、测试模式设置框、测试模式指示灯、测试块重量设置框、测试架长度设置框以及机臂力矩大小显示框等等，其中，所述机臂力矩大小显示框可用于显示待测试舵机的负载力矩的实时估计值。
具体实施时，用户可通过输入相应的控制指令，以测试待测试舵机在不同的测试模式下的性能。其中，所述测试模块包括随动模式、比例模式以及扫频模式。分别用于测试所述待测试舵机的最大、最小PWM值、PWM值与舵机角之间的关系以及待测试舵机的正弦特性。
例如，在随动模式测试下，可先将所述待测试舵机进行断电，使所述待测试舵机的机臂在重力作用下拉平，点击所述测试界面上的零点设置按钮以使所述编码器140的码盘读数为0。然后使所述待测试舵机上电，改变中间值使所述编码器140的码盘的读数重新置0，此外，PWM波值即为中位值。后续可从该中位值分别向上和向下改变PWM值，从而得到待测试舵机的最大、最小旋转角度，并且得到最大旋转角度对应的PWM值，以及最小旋转角度对应的PWM值。在得到最大、最小PWM值后，可测试所述待测试舵机的最大响应速度和阶跃特性，具体如图5所示。
在比例模式测试下可得到所述待测试舵机的舵机角与PWM波之间的关系。在该测试模式下，可首先设置最大、最小PWM值，在测试模式设置框中选择比例模式。控制器150可将最大、最小PWM值之间的数等分为41份，并从最小PWM值开始遍历，使所述待测试舵机在最小PWM值的控制下旋转并得到对应的舵机角。再按上述的等分得到的PWM值依次增大PWM值以对待测试舵机进行控制，并依次得到待测试舵机的舵机角。按此规律，直到得到最大PWM值对应的舵机角为止。在执行时，每个PWM值的测试下可持续3秒，以得到稳定的角度值。
为了结果的准确性，可按上述测试方式循环执行多次，并记录下每次的结果，进行插值处理后即可得到PWM值与舵机角之间的关系的映射表。
此外，在扫频模式下可测试所述待测试舵机对位置指令的跟踪能力。在该模式下，输入的位置指令可为正弦信号(在不同的角度和不同的频率下，例如频率从0到10Hz连续变化)，以此得到所述待测试舵机对位置指令的跟踪曲线，如图6所示。
综上所述，本发明实施例提供的测试系统100，包括舵机测试平台110、安装在舵机测试平台110上的可变负载组件120和编码器140，以及联轴器130、控制器150和终端设备160。其中，可变负载组件120与待测试舵机连接，可用于模拟待测试舵机的不同大小的运行负载，控制器150可根据接收到的终端设备160发送的控制指令生成对应的脉冲宽度调制波，并将其发送至待测试舵机以使待测试舵机在该脉动宽度调制波的控制下进行旋转。编码器140可通过联轴器130与待测试舵机连接，并在待测试舵机的转动下产生角度变化，将角度变化信息发送至控制器150，以使控制器150转发至终端设备160，终端设备160在接收到角度变化信息后进行实时显示。本发明提供的测试系统100，结构简单、成本低，并且通过增设可变负载组件120，可模拟舵机的实际负载情况，使得测试结构结果更加准确可靠。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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 (10)
1.一种测试系统，用于对待测试舵机进行性能测试，其特征在于，所述测试系统包括舵机测试平台、可变负载组件、联轴器、编码器、控制器以及终端设备；
所述待测试舵机、可变负载组件以及编码器安装于所述舵机测试平台，所述可变负载组件与所述待测试舵机连接，用于模拟所述待测试舵机的不同大小的运行负载；
所述控制器用于接收所述终端设备发送的控制指令，根据所述控制指令生成对应的脉冲宽度调制波，并将所述脉冲宽度调制波发送至所述待测试舵机，以使所述待测试舵机在所述脉冲宽度调制波的控制下进行旋转；
所述联轴器的一端与所述待测试舵机的转轴连接、另一端与所述编码器连接，用于在所述待测试舵机的转动下使所述编码器产生角度变化；
所述编码器用于将角度变化信息发送至所述控制器，以使所述控制器将所述角度变化信息转发至所述终端设备；
所述终端设备用于接收所述控制器反馈的角度变化信息，并实时显示所述角度变化信息。
2.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述可变负载组件包括滑轮结构、钢丝绳以及测试块；
所述滑轮结构安装于所述舵机测试平台上，所述钢丝绳与所述滑轮结构配合，且一端与所述测试块连接、另一端与所述待测试舵机的机臂连接。
3.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述测试块包括多个不同重量的砝码。
4.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述舵机测试平台包括测试架，所述测试架呈水平设置，所述测试架的一端与所述滑轮结构连接、另一端与所述待测试舵机的机臂的第一端连接，且所述测试架与所述待测试舵机的机臂之间的夹角小于90度，所述待测试舵机的机臂的第二端与所述钢丝绳连接。
5.根据权利要求4所述的测试系统，其特征在于，所述测试架的材质为铝合金材质。
6.根据权利要求4所述的测试系统，其特征在于，所述控制器还用于按以下公式计算所述待测试舵机的力矩：
Mf＝M*g*sin(a1)
L＝sin(atan((x*sin(a1))/(1-(x*cos(a1)))))
MM＝Mf*L＝M*g*sin(a1)*sin(atan((x*sin(a1))/(1-(x*cos(a1)))))
其中，Mf为所述钢丝绳上的拉力，M为所述测试块的重量，g为重力加速度，a1为所述待测试舵机的机臂与所述测试架之间的夹角，x为所述待测试舵机的机臂长度，L为所述待测试舵机的力臂长度，MM为所述待测试舵机的力矩。
7.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述编码器包括采样检测模块和放大输出模块；
所述采样检测模块用于采集在所述待测试舵机的转动下产生的微应变，并将所述微应变发送至所述放大输出模块，所述放大输出模块用于将所述微应变进行放大处理，并将放大处理后得到的角度变化信息发送至所述控制器。
8.根据权利要求7所述的测试系统，其特征在于，所述采样检测模块为电阻应变片。
9.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述编码器为绝对式磁电编码器。
10.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述控制器包括DSP28335处理芯片。
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