CN111008118A - 伺服系统能耗评估系统及评估方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例中提供了一种伺服系统能耗评估系统及评估方法，仿真评估计算机根据运行飞行控制系统仿真模型生成舵机动态指令序列以及对应的气动载荷谱，加载主控设备根据气动载荷谱生成驱动指令发送至动态加载台，动态加载台根据驱动指令生成负载力控制信号发送至被测伺服系统实现动态加载技术，可模拟伺服系统飞行剖面下的带载工况，有效提高伺服系统工作特性评估的可信度，提高了伺服系统系统功耗评估的准确性。
Description
技术领域
本申请属于航空航天技术领域，具体地，涉及一种伺服系统能耗评估系统及评估方法。
背景技术
伺服系统(又称为：伺服舵机系统)是大多数航空航天飞行器的核心控制执行机构，也是除发动机外输出功率最大的子系统。作为一个复杂的高阶多变量系统，伺服舵机用电特性具有波动大(峰值电流可达数百安培)、随机性强(峰值电流可出现在任意时刻)、正反向电流交替等特点，与常规电气设备存在很大差异，导致对其功耗的精确评估较为困难。因此，在传统导弹、火箭等飞行器中，通常由伺服舵机研制单位配套专用的动力电池组直接为伺服舵机供能，在该模式下，一方面电池组直接供电可较好的适应舵机正/反向瞬态峰值电流，另一方面在伺服单机研制、半实物仿真及分系统综合试验等各阶段可对电池容量及放电能力进行充分的验证。而对于以空天飞行器为代表的新型航天器而言，由于其任务剖面涵盖发射上升、长期在轨、再入返回等，传统的动力电池直供电模式难以适应此类任务剖面。从总体最优角度出发，应使用全飞行器统一供配电体制，通过全器统一供配电系统负责实现伺服动力电池的配电控制，以适应飞行器长期在轨储存、返回周期不确定的复杂任务剖面。
在全飞行器统一供配电体制下，需要在地面试验阶段完成对伺服舵机能源需求的精确评估，作为供配电系统的设计输入。在传统导弹、火箭等航天器伺服能耗评估中，多采用基于标称设计轨迹的静态计算方法，该方法在不考虑偏差因素的情况下，通过制导控制系统输出的与舵面偏转相关控制指令计算出标称轨迹下伺服舵机的输出功率曲线，并根据公式“功耗＝输出功率/工作效率”计算伺服舵机常值功耗，其中工作效率通常根据工程经验估算，采用此传统评估方法所确定的伺服舵机系统功耗指标难以准确反应舵机工作中各种非线性因素及不确定因素，导致伺服舵机系统功耗评估不准确。
发明内容
本申请提出了一种伺服系统能耗评估系统及评估方法，旨在解决现有技术的伺服系统能耗评估方法中伺服系统功耗评估不准确的问题。
根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种伺服系统能耗评估系统，包括：仿真评估计算机，用于根据运行飞行控制系统仿真模型生成舵机动态指令序列以及对应的气动载荷谱，所述舵机动态指令序列发送至被测伺服系统，所述气动载荷谱发送至加载主控设备；加载主控设备，用于根据所述气动载荷谱生成驱动指令并发送至动态加载台；动态加载台，用于根据所述驱动指令生成负载力控制信号并发送至所述被测伺服系统；数据采集与记录设备，用于采集并存储所述被测伺服系统根据所述舵机动态指令及负载力控制信号进行试验生成的试验过程数据，所述数据采集与记录设备将所述试验过程数据发送至所述仿真评估计算机；所述仿真评估计算机用于根据所述试验过程数据得到伺服系统的能耗曲线集并根据所述能耗曲线集进行能耗评估。
根据本申请实施例的第二个方面，还提供了一种伺服系统能耗评估方法，包括：仿真评估计算机根据飞行控制系统仿真模型生成舵机动态指令序列以及对应的气动载荷谱，所述舵机动态指令序列发送至被测伺服系统，所述气动载荷谱发送至加载主控设备；加载主控设备根据所述气动载荷谱并生成驱动指令并发送至动态加载台；动态加载台根据所述驱动指令生成负载力控制信号并发送至所述被测伺服系统；所述被测伺服系统根据所述舵机动态指令序列及负载力控制信号进行特定飞行轨迹下的舵机偏航运动试验生成试验过程数据；数据采集与记录设备采集试验过程数据并发送至所述仿真评估计算机；仿真评估计算机根据试验过程数据进行试验结果评估得到伺服系统的能耗曲线集。
采用本申请实施例中的伺服系统能耗评估系统及评估方法，根据运行飞行控制系统仿真模型生成舵机动态指令序列以及对应的气动载荷谱，加载主控设备根据气动载荷谱生成驱动指令发送至动态加载台，动态加载台根据驱动指令生成负载力控制信号发送至被测伺服系统实现动态加载技术，可模拟伺服系统飞行剖面下的带载工况，有效提高伺服系统工作特性评估的可信度，提高了伺服系统系统功耗评估的准确性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1中示出了根据本申请实施例的一种伺服系统能耗评估系统的结构示意图；
图2中示出了根据本申请实施例的一种伺服系统能耗评估系统的加载主控设备的结构示意图；
图3中示出了根据本申请实施例的一种伺服系统能耗评估系统的动态加载台的结构示意图；
图4中示出了根据本申请实施例的一种伺服系统能耗评估系统的数据采集与记录设备的结构示意图；
图5中示出了根据本申请实施例的一种应用伺服系统能耗评估系统的伺服系统能耗评估方法的流程图。
具体实施方式
在实现本申请的过程中，发明人发现在传统导弹、火箭等航天器伺服能耗评估中，多采用基于标称设计轨迹的静态计算方法，该方法在不考虑偏差因素的情况下，采用此传统评估方法所确定的伺服舵机系统功耗指标难以准确反应舵机工作中各种非线性因素及不确定因素，导致伺服舵机系统功耗评估不准确。往往存在过于保守的现象，导致伺服舵机电源的包络尺寸、重量均较大，对总体指标闭环造成不利影响，或者由于指标设计过于冒进导致的灾难性后果。
因此，需要克服能耗评估中传统工程经验估算方法的不足，可以准确评估伺服舵机系统能耗的伺服舵机能耗评估系统，为供配电系统的优化设计提供准确的设计输入。
针对上述问题，本申请实施例中提供了一种伺服舵机能耗评估系统及评估方法，主要在地面试验阶段完成对伺服舵机能源需求的精确评估与验证，继而为供配电系统提供准确的设计输入。本申请的伺服舵机能耗评估系统根据运行飞行控制系统仿真模型生成舵机动态指令序列以及对应的气动载荷谱，加载主控设备根据气动载荷谱生成驱动指令发送至动态加载台，动态加载台根据驱动指令生成负载力控制信号发送至被测伺服系统实现动态加载技术，可模拟伺服舵机飞行剖面下的带载工况，相比现有技术，有效提高了伺服舵机工作特性评估的可信度，提高了伺服舵机系统功耗评估的准确性。
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
图1中示出了根据本申请实施例的一种伺服系统能耗评估系统的结构示意图。
如图1所示，本申请实施例的伺服系统能耗评估系统包括仿真评估计算机10、加载主控设备20、动态加载台30以及数据采集与记录设备40。
仿真评估计算机10，用于根据运行飞行控制系统仿真模型生成舵机动态指令序列以及对应的气动载荷谱。其中，舵机动态指令序列发送至被测伺服系统50，气动载荷谱发送至加载主控设备20；仿真评估计算机10还用于根据数据采集与记录设备40发送的试验过程数据得到伺服系统的能耗曲线集并根据所述能耗曲线集进行能耗评估。
在具体实施时，仿真评估计算机主要用于根据控制系统仿真结果生成指定飞行轨迹下的舵机运动控制动态指令序列及气动载荷谱，分别作为被测伺服系统的舵机控制器的指令输入以及加载主控设备的加载指令输入。
加载主控设备20，用于根据气动载荷谱生成驱动指令并发送至动态加载台30。
动态加载台30，用于根据驱动指令生成负载力控制信号并发送至被测伺服系统50。
数据采集与记录设备40，用于采集并存储被测伺服系统50根据舵机动态指令及负载力控制信号进行试验产生的试验过程数据，数据采集与记录设备40将试验过程数据发送至仿真评估计算机10。
优选地，飞行控制系统仿真模型为六自由度数学仿真模型。
试验过程数据包括舵机的电压、电流、负载力以及位移数据。
图2中示出了根据本申请实施例的一种伺服系统能耗评估系统的加载主控设备20的结构示意图。
加载主控设备20是舵机能源需求验证试验的控制核心，可以根据试验要求自动或手动配置加载工况。
加载主控设备20接收仿真评估计算机10生成的舵机加载数据，并按照舵机气动载荷谱实时驱动动态加载台30完成加载；并为被测设备提供所需的电源。
如图2所示，加载主控设备20包括主控上位机101、主控下位机102、网络接口模块104以及主控电源103，具体如下：
主控上位机101，用于根据控制周期、控制指令序列以及加载台初始化信息进行配置；
优选地，主控上位机101采用常规桌面级计算机即可，用于提供人机交付界面，对加载主控设备进行配置。
主控下位机102，连接主控上位机101以及主控电源103，主控下位机102用于控制主控电源103供电；
优选地，主控下位机102为嵌入式计算机，运行实时操作系统，按照上位机指令控制主控电源103及各个网络接口模块。
网络接口模块104，用于将主控下位机102分别连接至仿真评估计算机10、动态加载台30、数据采集与记录设备40以及被测伺服系统50；
主控电源103，用于为被测伺服系统50和数据采集与记录设备40供电；
优选地，主控电源103为大功率程控电源，按照伺服系统供电指标为舵机提供稳定的功率用电。
具体的，网络接口模块104包括：
1553B网络模块1041，用于将主控下位机102分别连接至被测伺服系统50以及数据采集与记录设备40；用以按照主控下位机102实时通信协议向被测伺服系统50发送运动控制指令；
反射内存网络模块1042、RS422网络模块1043及AD/DA模块1044，用于将主控下位机102连接至动态加载台30，用于加载主控设备20与动态加载台30之间的加载力闭环控制；
以太网模块1045，用于将主控下位机102连接至仿真评估计算机10进行网络实时通信。
图3中示出了根据本申请实施例的一种伺服系统能耗评估系统的动态加载台30的结构示意图。
动态加载台30提供被测设备的安装与结构支持，安装有可提供试验所需的刚度及惯量的惯量与刚度模拟装置307，并根据加载主控设备20的驱动指令模拟伺服系统的气动载荷，对输出作动器进行加载，以完成带载情况下的功耗特性测试。
如图3所示，动态加载台30由功率驱动模块301、伺服阀302、加载液压源303、保护及多余力补偿模块304、加载缸305、连接机构306、惯量与刚度模拟装置307、压差测量传感器308、线位移传感器309以及压力传感器310组成，具体如下：
功率驱动模块301，用于接收加载主控设备20的驱动指令并生成驱动伺服阀302的动作指令；
伺服阀302，用于接收动作指令执行对加载液压源303的打开、关闭以及调节的操作；
加载液压源303，用于配合伺服阀302的操作提供液压动力；
保护及多余力补偿模块304，用于对液压动力起到缓存保护作用以及多余力消除作用，并输出标准液压力；
压差传感器308，用于测量保护及多余力补偿模块304压力信号并反馈至加载主控设备20；
加载缸305，用于接收标准液压力并输出加载力；
连接机构306，用于将加载缸连接至惯量与刚度模拟装置；
惯量与刚度模拟装置307，用于接收加载力并输出一定惯量与刚度的传动加载力至被测伺服系统50。
线位移传感器309，用于采集加载缸的输出端的线位移信号并发送至加载主控设备20以及数据采集与记录设备40；
压力传感器310，用于采集加载缸305输出端或者惯量与刚度模拟装置307输入端的压力信号并发送至数据采集与记录设备40。
具体的，功率驱动模块301按照加载主控设备20的实时指令驱动伺服阀302动作；伺服阀302与加载液压源303按照驱动指令进行液压回路控制。
具体的，保护及多余力补偿模块304与压差测量传感器308配合，通过闭环反馈实现加载多余力的消除。
具体的，加载缸305、连接机构306、惯量与刚度模拟装置307负责将液压系统输出的压力加载至被测伺服系统。
具体的，线位移传感器309及压力传感器310实时采集加载力及线位移信息，并输出至加载主控设备20和数据采集与记录设备40。
图4中示出了根据本申请实施例的一种伺服系统能耗评估系统的数据采集与记录设备40的结构示意图。
数据采集与记录设备主要负责实现与能源需求验证相关的参数采集与记录。
如图4所示，数据采集与记录设备40包括电子笔录设备401、电压传感器402以及电流传感器403。具体的：
电子笔录设备401用于同时对伺服系统至少一个通道的试验过程数据进行同步记录；
电压传感器402用于测量舵机电压信号并发送至电子笔录设备401；
电流传感器403用于测量舵机电流信号并发送至电子笔录设备401。
具体的，电子笔录设备401可市购多通道、高采样率笔录仪，电压传感器、电流传感器可根据被测对象性能指标选取合适传感器产品，电子笔录设备401采集并记录各传感器测量数据后，发送给仿真评估计算机10。
试验过程中，仿真评估计算机根据飞行器六自由度模型及飞行任务剖面，通过数学仿真生成特定飞行轨迹下的舵机位置的舵机动态指令序列及对应的气动载荷谱；加载主控设备20根据仿真评估计算机发送的气动载荷谱驱动动态加载台30，动态加载台30按照既定载荷谱向伺服系统施加动态负载；舵机位置的舵机动态指令序列发送至被测伺服系统，控制舵机按照该飞行轨迹下的舵偏工况运动。
加载过程中，至少一个通道数量舵机分别设置一套电压传感器、电流传感器、压力传感器以及线位移传感器。根据舵机通道数量配备相应的高采样率电压、电流、压力及位移传感器数量，实时采集舵机带载工作过程中的母线电压、电流、舵机负载力及位移数据，通过多通道笔录电子笔录设备对数据进行同步记录。
试验完成后，仿真评估计算机10通过对仿真输出舵机动态指令序列及过程记录数据的比对处理，完成对伺服系统能源需求的精确评估。
具体的，根据能耗曲线集进行能耗评估具体包括：
通过对能耗曲线集进行积分运算及数据统计，从而获取伺服系统工作全程的总能量需求，并作为供配电系统蓄电池组容量的设计依据。
通过对能耗曲线集峰值区域的统计及运算，获取伺服系统工作过程中的极限能耗工况，作为供配电系统过流能力设计的依据。
通过对能耗曲线集单位时间内大功率占空比的统计及计算，获取伺服系统在工作过程中的能耗分布特性，作为供配电系统热设计的依据。
采用本申请实施例中的伺服系统能耗评估系统，可模拟伺服舵机飞行剖面下的带载工况，有效提高伺服舵机工作特性评估的可信度，提高了伺服舵机系统功耗评估的准确性。可以满足以空天飞行器为代表的新型航天器集成化、紧凑化的设计需求。
本申请实施例中的伺服系统能耗评估系统通过动态加载在总体全飞行器匹配阶段，用以考核被测伺服系统能源需求，可精确评估伺服系统系统全任务剖面下的稳态及瞬态功耗特性，为供配电系统的优化设计提供可信的输入，既避免由于指标设计过于保守而带来的伺服系统电源重量、体积大幅增加，又通过地面带载验证避免了设计过于冒进而导致的灾难性后果。
基于同一发明构思，本申请实施例中还提供了一种应用伺服系统能耗评估系统的伺服系统能耗评估方法，由于该方法解决问题的原理与本申请实施例一所提供的系统相似，因此该方法的实施可以参见系统的实施，重复之处不再赘述。
实施例2
图5中示出了根据本申请实施例的一种应用伺服系统能耗评估系统的伺服系统能耗评估方法的流程图。
如图5所示，本申请提供一种应用实施例1的伺服系统能耗评估系统的伺服系统能耗评估方法具体包括：
步骤S101：仿真评估计算机10根据飞行控制系统仿真模型生成舵机动态指令序列以及对应的气动载荷谱，舵机动态指令序列发送至被测伺服系统50，气动载荷谱发送至加载主控设备20；
步骤S102：加载主控设备20根据气动载荷谱并生成驱动指令并发送至动态加载台30；
步骤S103：动态加载台30根据驱动指令生成负载力控制信号并发送至被测伺服系统50；
步骤S104：被测伺服系统50根据舵机动态指令序列及负载力控制信号进行特定飞行轨迹下的舵机偏航运动试验生成试验过程数据；
步骤S105：数据采集与记录设备40采集试验过程数据并发送至仿真评估计算机10；
步骤S106：仿真评估计算机10根据试验过程数据进行试验结果评估得到伺服系统的能耗曲线集。
其中，仿真评估计算机10采用普通高性能计算机，主要通过开展飞控系统六自由度数学仿真生成舵机动态指令序列及气动载荷谱，舵机动态指令序列及气动载荷谱分别发送至被测伺服系统50以及加载主控设备作为舵机动态加载的依据；
此外，仿真评估计算机10在评估试验完成后读取数据采集与记录设备40所记录的试验过程数据，开展试验结果分析与评估。
具体的，加载主控设备20接收仿真评估计算机10生成的舵机加载数据，并按照舵机气动载荷谱实时驱动动态加载台30完成加载；加载主控设备20还负责为被测伺服系统50提供功率用电。
具体的，动态加载台30按照加载主控设备20驱动指令实时向被测伺服系统50施加负载力。数据采集与记录设备40实时采集并存储试验过程数据，用于试验结果分析与评估。
采用本申请实施例中的伺服系统能耗评估系统及评估方法，可模拟伺服系飞行剖面下的带载工况，有效提高伺服舵机工作特性评估的可信度，提高了伺服舵机系统功耗评估的准确性。
可以满足以空天飞行器为代表的新型航天器集成化、紧凑化的设计需求，本申请实施例中的伺服舵机能耗评估系统通过动态加载在总体全飞行器匹配阶段，用以考核被测伺服系统能源需求，可精确评估伺服舵机系统的稳态及瞬态功耗特性，为供配电系统的优化设计提供可信的输入，既避免由于指标设计过于保守而带来的伺服舵机电源重量、体积大幅增加，又通过地面带载验证避免了设计过于冒进而导致的灾难性后果。
另一方面，以空天飞行器为代表的新型航天器而言，由于其任务剖面涵盖发射上升、长期在轨、再入返回等，需要对飞行器伺服电机的全任务剖面进行精确评估，目前传统的导弹、火箭等航天器伺服能耗评估更是满足不了全任务剖面下准确评估伺服系统的能耗。
而通过本申请实施例中的伺服系统能耗评估系统的方案可实现舵机压力、行程、电压及电流数据的同步采集，可完整获取伺服系统在全任务剖面下的瞬态及稳态功耗特性，为供配电系统提供可信的设计输入，优化供配电系统方案，满足了飞行器的全任务剖面下准确评估伺服系统能耗的需求。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (11)
1.一种伺服系统能耗评估系统，其特征在于，包括：
仿真评估计算机，用于根据运行飞行控制系统仿真模型生成舵机动态指令序列以及对应的气动载荷谱，所述舵机动态指令序列发送至被测伺服系统，所述气动载荷谱发送至加载主控设备；所述仿真评估计算机还用于根据数据采集与记录设备发送的试验过程数据得到伺服系统的能耗曲线集并根据所述能耗曲线集进行能耗评估；
加载主控设备，用于根据所述气动载荷谱生成驱动指令并发送至动态加载台；
动态加载台，用于根据所述驱动指令生成负载力控制信号并发送至所述被测伺服系统；
数据采集与记录设备，用于采集并存储所述被测伺服系统根据所述舵机动态指令及负载力控制信号进行试验产生的试验过程数据，所述数据采集与记录设备将所述试验过程数据发送至所述仿真评估计算机。
2.根据权利要求1所述的伺服系统能耗评估系统，其特征在于，所述能耗评估具体包括：
通过对能耗曲线集进行积分运算及数据统计，获取伺服系统工作全程的总能量需求；
通过对能耗曲线集峰值区域的统计及运算，获取伺服系统工作过程中的极限能耗工况；
通过对能耗曲线集单位时间内大功率占空比的统计及计算，获取伺服系统在工作过程中的能耗分布特性。
3.根据权利要求1所述的伺服系统能耗评估系统，其特征在于，所述加载主控设备包括：
主控上位机，用于根据控制周期、控制指令序列以及加载台初始化信息进行配置；
主控下位机，连接所述主控上位机以及所述主控电源，所述主控下位机用于控制所述主控电源供电；
网络接口模块，用于将所述主控下位机分别连接至所述仿真评估计算机、动态加载台、数据采集与记录设备以及被测伺服系统；
主控电源，用于为所述被测伺服系统和数据采集与记录设备供电。
4.根据权利要求3所述的伺服系统能耗评估系统，其特征在于，所述网络接口模块包括：
1553B网络模块，用于将所述主控下位机分别连接至所述被测伺服系统以及数据采集与记录设备；
反射内存网络模块、RS422网络模块及AD/DA模块，用于将所述主控下位机连接至所述动态加载台；以及
以太网模块，用于将所述主控下位机连接至所述仿真评估计算机。
5.根据权利要求1所述的伺服系统能耗评估系统，其特征在于，所述动态加载台包括：
功率驱动模块，用于接收所述加载主控设备的驱动指令并生成驱动伺服阀的动作指令；
伺服阀，用于接收所述动作指令执行对加载液压源的打开、关闭以及调节的操作；
加载液压源，用于配合伺服阀的操作提供液压动力；
保护及多余力补偿模块，用于对所述液压动力起到缓存保护作用以及多余力消除作用，并输出标准液压力；
压差传感器，用于测量所述保护及多余力补偿模块压力信号并反馈至加载主控设备；
加载缸，用于接收所述标准液压力并输出加载力；
连接机构，用于将所述加载缸连接至惯量与刚度模拟装置；
惯量与刚度模拟装置，用于接收所述加载力并输出一定惯量与刚度的传动加载力至所述被测伺服系统。
6.根据权利要求5所述的伺服系统能耗评估系统，其特征在于，所述动态加载台还包括：
线位移传感器，用于采集所述加载缸的输出端的线位移信号并发送至所述加载主控设备以及数据采集与记录设备；以及
压力传感器，用于采集所述加载缸输出端或者所述惯量与刚度模拟装置输入端的压力信号并发送至所述数据采集与记录设备。
7.根据权利要求1所述的伺服系统能耗评估系统，其特征在于，所述飞行控制系统仿真模型为六自由度数学仿真模型。
8.根据权利要求1所述的伺服系统能耗评估系统，其特征在于，所述数据采集与记录设备包括电子笔录设备，所述电子笔录设备用于同时对所述被测伺服系统至少一个通道的试验过程数据进行同步记录。
9.根据权利要求8所述的伺服系统能耗评估系统，其特征在于，所述数据采集与记录设备还包括：
电压传感器，用于测量舵机电压信号并发送至所述电子笔录设备；
电流传感器，用于测量舵机电流信号并发送至所述电子笔录设备。
10.根据权利要求1或8所述的伺服系统能耗评估系统，其特征在于，所述试验过程数据包括伺服系统的电压、电流、负载力以及位移数据。
11.一种应用权利要求1-9中任一项所述的伺服系统能耗评估系统的伺服系统能耗评估方法，其特征在于，包括：
仿真评估计算机根据飞行控制系统仿真模型生成舵机动态指令序列以及对应的气动载荷谱，所述舵机动态指令序列发送至被测伺服系统，所述气动载荷谱发送至加载主控设备；
加载主控设备根据所述气动载荷谱并生成驱动指令并发送至动态加载台；
动态加载台根据所述驱动指令生成负载力控制信号并发送至所述被测伺服系统；
所述被测伺服系统根据所述舵机动态指令序列及负载力控制信号进行特定飞行轨迹下的舵机偏航运动试验生成试验过程数据；
数据采集与记录设备采集试验过程数据并发送至所述仿真评估计算机；
仿真评估计算机根据试验过程数据进行试验结果评估得到伺服系统的能耗曲线集。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113777436A (zh) * | 2021-11-10 | 2021-12-10 | 江苏中科云控智能工业装备有限公司 | 一种电馈伺服设备节能性检测装置 |
| WO2024021369A1 (zh) * | 2022-07-28 | 2024-02-01 | 四川航天烽火伺服控制技术有限公司 | 一种基于载荷谱的测试方法、装置、设备及介质 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7274978B1 (en) * | 2004-02-23 | 2007-09-25 | Carroll Ernest A | Electrical power supply system for unmanned aircraft |
| CN201828650U (zh) * | 2010-10-25 | 2011-05-11 | 广州数控设备有限公司 | 采用交流伺服电机作为可变转矩负载的模拟装置 |
| CN102620942A (zh) * | 2012-04-23 | 2012-08-01 | 山东大学 | 纯电动汽车动力驱动系统匹配评价试验台 |
| CN204705887U (zh) * | 2015-05-26 | 2015-10-14 | 湖北工业大学 | 一种气动伺服加载平台结构 |
| CN106055753A (zh) * | 2016-05-24 | 2016-10-26 | 北京航空航天大学 | 电液负载模拟器多余力的舵机指令动态补偿控制方法 |
| CN106089857A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-11-09 | 北京交通大学 | 伺服阀的动压反馈效应频率特性的测试系统及试验方法 |
| CN106444429A (zh) * | 2016-11-16 | 2017-02-22 | 北京航空航天大学 | 具有故障诊断能力无人直升机的飞控仿真系统 |
| CN106772029A (zh) * | 2016-11-10 | 2017-05-31 | 泉州装备制造研究所 | 电动汽车电机驱动系统测试平台 |
| CN108445403A (zh) * | 2018-03-05 | 2018-08-24 | 东莞中山大学研究院 | 电池及电池管理系统测试方法及系统 |
| CN109375106A (zh) * | 2018-10-12 | 2019-02-22 | 江门市新会区古井源丰资产管理有限公司 | 一种电池的动态特性测试系统及方法 |
-
2019
- 2019-12-03 CN CN201911217081.XA patent/CN111008118A/zh active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7274978B1 (en) * | 2004-02-23 | 2007-09-25 | Carroll Ernest A | Electrical power supply system for unmanned aircraft |
| CN201828650U (zh) * | 2010-10-25 | 2011-05-11 | 广州数控设备有限公司 | 采用交流伺服电机作为可变转矩负载的模拟装置 |
| CN102620942A (zh) * | 2012-04-23 | 2012-08-01 | 山东大学 | 纯电动汽车动力驱动系统匹配评价试验台 |
| CN204705887U (zh) * | 2015-05-26 | 2015-10-14 | 湖北工业大学 | 一种气动伺服加载平台结构 |
| CN106055753A (zh) * | 2016-05-24 | 2016-10-26 | 北京航空航天大学 | 电液负载模拟器多余力的舵机指令动态补偿控制方法 |
| CN106089857A (zh) * | 2016-06-20 | 2016-11-09 | 北京交通大学 | 伺服阀的动压反馈效应频率特性的测试系统及试验方法 |
| CN106772029A (zh) * | 2016-11-10 | 2017-05-31 | 泉州装备制造研究所 | 电动汽车电机驱动系统测试平台 |
| CN106444429A (zh) * | 2016-11-16 | 2017-02-22 | 北京航空航天大学 | 具有故障诊断能力无人直升机的飞控仿真系统 |
| CN108445403A (zh) * | 2018-03-05 | 2018-08-24 | 东莞中山大学研究院 | 电池及电池管理系统测试方法及系统 |
| CN109375106A (zh) * | 2018-10-12 | 2019-02-22 | 江门市新会区古井源丰资产管理有限公司 | 一种电池的动态特性测试系统及方法 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| 张仲良;傅俊勇;朱康武;张鑫彬;: "运载火箭电液复合伺服控制系统性能分析", no. 11, pages 82 - 87 * |
| 曹政: "飞机舵机电液负载模拟器结构优化方法研究", 中国优秀硕士学位论文全文数据库, vol. 2018, no. 10, 31 October 2018 (2018-10-31), pages 1 - 69 * |
| 郎鹏飞;刘刚;石庆峰;郑宏涛;谢泽兵;: "基于蒙特卡洛仿真的伺服舵机功耗评估方法研究" * |
| 郎鹏飞;刘刚;石庆峰;郑宏涛;谢泽兵;: "基于蒙特卡洛仿真的伺服舵机功耗评估方法研究", 计算机测量与控制, no. 11, 25 November 2017 (2017-11-25), pages 276 - 279 * |
| 黄超群;赵玉刚;魏栋;谢安桓;周华;: "船舶舵机负载模拟系统位置与力跟踪控制特性研究", 液压与气动, no. 04, 15 April 2019 (2019-04-15), pages 77 - 81 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113777436A (zh) * | 2021-11-10 | 2021-12-10 | 江苏中科云控智能工业装备有限公司 | 一种电馈伺服设备节能性检测装置 |
| WO2024021369A1 (zh) * | 2022-07-28 | 2024-02-01 | 四川航天烽火伺服控制技术有限公司 | 一种基于载荷谱的测试方法、装置、设备及介质 |
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