CN112526268A - 一种多兼容性简易舵机加载测试工装及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多兼容性简易舵机加载测试工装及试验方法，所述测试工装包括台架、舵机安装支座、心轴、固定支座、加载弹簧；舵机的固定端与舵机安装支座的支耳用销轴连接，舵机的出杆端与心轴采用销轴连接，使得舵机呈准二立杆约束状态，且能够沿轴向正反两向运动；两组加载弹簧套装在心轴上并通过两端的固定支座限位；两个固定支座安装在台架上，通过调整固定支座的位置保证试验前舵机处于行程零位处、两个加载弹簧均处于自由长度或加载状态；加载时，通过压缩其中一组加载弹簧，另一组加载弹簧处于自由长度实现对舵机提供正向或负向加载力。

Description

一种多兼容性简易舵机加载测试工装及试验方法

技术领域

本发明涉及一种舵机加载测试工装，尤其适用于精确化能源设计的飞行器电气匹配试验。

背景技术

舵机加载系统/工装是一种用于模拟飞行器舵面载荷的装置，按加载方式分为机械式加载、电液式加载和电动式加载，往往应用于控制系统内部的半实物仿真试验，作为舵机模拟真实受载的实现方式。舵机加载系统通常体积规模较为庞大，且大多为专用设备，实现形式与被试舵机的推力、接口关系相关，对于非定型量产飞行器，舵机加载系统需要专门研制生产，存在较大的资源浪费。

“直线运动机构电动伺服加载及性能测试技术研究”(南京理工大学，2016年)一文中对国内外负载模拟系统的研制历程进行了介绍，在上世纪七十年代，日本学者池谷光荣首先研制出了电液式负载模拟器，它采用两个压力传感器测量加载油缸进出油口压力，以其压力反馈的形式说明力加载状态。为满足国防和军事等高科技领域的需要，美国也相继推出自己的负载模拟器产品，如美国的BOEING公司生产的CSAL型负载模拟器成功实现了对导弹舱面空气动力化力矩的模拟；CARCO公司生产制造的S-105型负载模拟器能够对四轴空气动力进行模拟。“某型舵机负载模拟系统设计及仿真研究”(华中科技大学，2012年)一文中介绍了国内外负载模拟器的研究概况，大部分是针对具体的项目需求制定了负载力准确、或输出力范围较大的负载模拟系统，多数为电动或电液伺服模拟系统，规模大、专用化。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种多兼容性简易舵机加载测试工装及试验方法。

本发明解决技术的方案是：一种多兼容性简易舵机加载测试工装，包括台架、舵机安装支座、心轴、固定支座、加载弹簧；

舵机的固定端与舵机安装支座的支耳用销轴连接，舵机的出杆端与心轴采用销轴连接，使得舵机呈准二立杆约束状态；心轴能够沿轴向正反两向运动，两组加载弹簧套装在心轴上，并通过两端的固定支座限位；两个固定支座安装在台架上，通过调整固定支座的位置保证试验前，舵机处于行程零位处、两个加在弹簧均处于自由长度或加载状态；加载时，通过压缩其中一组加载弹簧，另一组加载弹簧处于自由长度实现对舵机提供正向或负向加载力。

优选的，所述的加载弹簧根据被测舵机推力需求选用碟片式弹簧或螺旋式弹簧。

优选的，所述台架两侧开长型滑槽，用于改变固定支座的安装位置，通过固定支座上的双螺母防松固定。

优选的，所述长型滑槽长度能够实现舵机零位长度在300mm～700mm范围内连续可调。

优选的，所述的固定支座设计有加强筋保证刚度，紧固螺栓选用对应的高强度螺栓。

优选的，所述舵机呈准二力杆约束状态，即在忽略舵机自重的情况下，舵机仅受轴向力，而无其他力或力矩。

优选的，所述的舵机安装支座非一体结构，通过更换零件实现多种不同的连接，以适应多种舵机安装要求。

优选的，舵机安装支座按照被测舵机的接口形式进行更换，加载弹簧的刚度根据被测舵机的负载特性通过调整簧片个数或更换弹簧组件进行调整。

一种多兼容性简易舵机加载测试试验方法，为验证空气舵伺服用电特性与功率电池放电能力的匹配性，对飞行过程中电池对功率需求的满足情况进行验证，同时测试电池在舵机运动过程中的电压电流情况，设计舵机加载测试方案，对电池供电下的舵机用电特性进行测试，方法步骤如下：

确定参试电气设备，所述设备包括被测舵机、伺服控制驱动器、伺服外负载、功率电池、配电开关、地面电源、工控机及电缆网；

将参试舵机安装于舵机加载工装上，按照试验工况设计结果，调整舵机零位对应的负载大小；并摆放其余电气设备，由地面电源为伺服控制驱动器及伺服外负载提供仪器电，由功率电池为伺服控制驱动器及伺服外负载提供高压功率电；

参试电气设备依次加仪器电、功率电；

对伺服产品发送舵机典型动作指令，完成对舵机的正向及负向加载；

测试完成后断功率电、仪器电；

采集试验数据，并进行判读，确认数据有效性。

优选的，舵机在加载工装上与伺服外负载同时由一台功率电池提供能源。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

提出了可适应一个系列的舵机模拟负载需求的舵机加载测试工装，有利于控制成本，并使用该工装，对各系统进行匹配测试，验证伺服舵机瞬态电流数学模型及舵机效率公式数学模型的正确性测试验证舵机用电特性与电源产品放电能力的匹配性，检验各系统在舵机带载工作工况下的电磁相容性。

(1)本发明中的舵机加载测试工装可以适用于同一系列的不同推力及机械接口的舵机测试，对一系列型谱的舵机可共用，简化地面设备配套，降低试验成本。

(2)本发明中的舵机加载测试工装为简易被动加载装置，台体占地面积小，加载力精确可控，对精细化能源设计结果可实现有效的验证。

(3)本发明采用的测试方案，对统一供配电体制下的能源及伺服的匹配性进行了有效检验，由于系统级电磁相容性测试仅能在散态或总装状态下进行，不具备舵机加载的验证条件，采用本发明的试验方法可以对各系统在舵机带载工作工况下的电磁相容性进行更加真实有效的评估。

附图说明

图1为本发明工装结构示意图；

图2为本发明舵机安装方式示意图；

图3为本发明固定支撑座结构图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

设计可兼容同一系列舵机产品不同推力大小及不同零位尺寸的舵机加载测试工装，并设计功率电带载匹配测试方案。

舵机加载测试工装主要由台架、舵机安装支座、心轴、固定支座1和2、正反向加载弹簧及支座紧固螺栓组等组成。台架用来支撑加载装置，固定支座1和2安装在台架上，和心轴共同作用实现弹簧的加载功能。各加载工装的心轴上均配有2组弹簧，每组弹簧的刚度是依据负载力及行程指标参数设计的，通过碟簧和螺旋压缩弹簧可以满足舵机加载的要求，且成本低，实现方便。两组弹簧分别负责对舵机正向行程和反向行程的加载。

通过改变每组的弹簧片数实现不同的负载刚度，其加载原理完全相同。加载过程中，固定支撑座利用螺栓连接固定在台架上，当舵机具有正向行程时，正向弹簧在心轴和固定支撑座2同作用下被压缩从而给舵机提供正向加载力，反向弹簧保持自由长度；反向行程加载时，正向弹簧保持自由长度，反向弹簧在心轴和固定支撑座1共同作用下被压缩从而给舵机提供负向加载力。

对各舵机加载装置布局时，结合所选螺旋压缩弹簧的自由长度以及舵机的行程来确定心轴的直径和长度，初始状态所有舵机均处于行程为0mm处，所有弹簧都处于自由行程。根据所选螺旋弹簧最大心轴直径确定心轴的轴径，心轴的长度满足各舵机在正向和反向最大行程处仍然可以在固定支撑座中运动。

整体布局时充分考虑了对空间的充分利用和操作方便的原则。为了尽量减少台架尺寸，将舵机加载装置分为横向、纵向布置，为了方便对舵机安装高度调整，将中间舵机位置放在纵向排列的位置。

在试验过程中，将舵机安装于舵机加载测试工装上，各系统电气设备仪器电通过地面电缆由一台地面电源的同一通道提供，舵机功率电由同一电源提供，与统一供配电体制下的电气设备供电状态保持一致。

如图1所示，本发明的舵机加载测试工装主要由台架、舵机安装支座、心轴、固定支座1和2、正反向加载弹簧及支座紧固螺栓组等组成。

如图2所示，舵机的固定端(左端)与工装的支耳用销轴连接，舵机的出杆端(右端)与心轴亦采用销轴连接。使得舵机呈准二力杆约束状态，即在忽略舵机自重的情况下，舵机仅受轴向力，而无其他力或力矩，满足对舵机试验的基本要求。为实现舵机零位长度在300mm～700mm范围内连续可调，在台架两侧开长型滑槽，从而可以改变弹簧组件固定支撑座的安装位置，并通过支撑座上的双螺母防松固定，该安装连接方式可方便地实现不同工况时弹簧组件的更换，以及不同零位需求的调整。

如图3所示，由于固定支座1和2需要承受较大的倾覆力矩，因此应设计有加强筋保证刚度。对于支撑座紧固螺栓组，应选用合适尺寸的高强度螺栓。

为验证空气舵伺服用电特性与功率电池放电能力的匹配性，对飞行过程中电池对功率需求的满足情况进行验证，同时测试电池在舵机运动过程中的电压电流情况，设计舵机加载测试方案，对电池供电下的舵机用电特性进行测试。参试电气设备包括被测舵机、伺服控制驱动器、伺服外负载、功率电池、配电开关、地面电源、工控机及电缆网。测试过程中，参试舵机安装于舵机加载工装上，按照试验工况设计结果，可以调整舵机零位对应的负载大小。除舵机安装于加载工装上之外，其余电气设备摆放于加载工装附近。由地面电源为伺服控制驱动器及伺服外负载提供仪器电，由功率电池为伺服控制驱动器及伺服外负载提供高压功率电。

根据被测项目的舵机接口及推力要求，选择合适的安装支座及弹簧，将舵机安装在加载工装上，按照以下试验流程开展加载状态匹配测试：

1)安装固定于加载工装，完成电缆连接；

2)参试设备依次加仪器电、功率电；

3)通过专检设备对伺服产品发送舵机典型动作指令，完成对舵机的正向及负相加载

4)测试完成后断功率电、仪器电；

5)对各系统采集的数据进行判读，确认数据有效性。

测试完成后，对各参试系统数据进行判读，确定数据有效性。

利用本发明能够解决舵机模拟负载系统无法通用的弊端，并通过舵机加载状态总体匹配测试，对舵机用电相关数学模型进行验证，并检验各系统在舵机带载工况下的电磁相容性。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员的公知常识。

Claims (10)

1.一种多兼容性简易舵机加载测试工装，其特征在于包括台架、舵机安装支座、心轴、固定支座、加载弹簧；

舵机的固定端与舵机安装支座的支耳用销轴连接，舵机的出杆端与心轴采用销轴连接，使得舵机呈准二立杆约束状态；心轴能够沿轴向正反两向运动，两组加载弹簧套装在心轴上，并通过两端的固定支座限位；两个固定支座安装在台架上，通过调整固定支座的位置保证试验前，舵机处于行程零位处、两个加载弹簧均处于自由长度或加载状态；加载时，通过压缩其中一组加载弹簧，另一组加载弹簧处于自由长度实现对舵机提供正向或负向加载力。

2.根据权利要求1所述的测试工装，其特征在于：所述的加载弹簧根据被测舵机推力需求选用碟片式弹簧或螺旋式弹簧。

3.根据权利要求1所述的测试工装，其特征在于：所述台架两侧开长型滑槽，用于改变固定支座的安装位置，通过固定支座上的双螺母防松固定。

4.根据权利要求3所述的测试工装，其特征在于：所述长型滑槽长度能够实现舵机零位长度在300mm～700mm范围内连续可调。

5.根据权利要求3所述的测试工装，其特征在于：所述的固定支座设计有加强筋保证刚度，紧固螺栓选用对应的高强度螺栓。

6.根据权利要求1所述的测试工装，其特征在于：所述舵机呈准二力杆约束状态，即在忽略舵机自重的情况下，舵机仅受轴向力，而无其他力或力矩。

7.根据权利要求1或2所述的测试工装，其特征在于：所述的舵机安装支座非一体结构，通过更换零件实现多种不同的连接，以适应多种舵机安装要求。

8.根据权利要求7所述的测试工装，其特征在于：舵机安装支座按照被测舵机的接口形式进行更换，加载弹簧的刚度根据被测舵机的负载特性通过调整簧片个数或更换弹簧组件进行调整。

9.一种多兼容性简易舵机加载测试试验方法，其特征在于：

为验证空气舵伺服用电特性与功率电池放电能力的匹配性，对飞行过程中电池对功率需求的满足情况进行验证，同时测试电池在舵机运动过程中的电压电流情况，设计舵机加载测试方案，对电池供电下的舵机用电特性进行测试，方法步骤如下：

确定参试电气设备，所述设备包括被测舵机、伺服控制驱动器、伺服外负载、功率电池、配电开关、地面电源、工控机及电缆网；

将参试舵机安装于舵机加载工装上，按照试验工况设计结果，调整舵机零位对应的负载大小；并摆放其余电气设备，由地面电源为伺服控制驱动器及伺服外负载提供仪器电，由功率电池为伺服控制驱动器及伺服外负载提供高压功率电；

参试电气设备依次加仪器电、功率电；

对伺服产品发送舵机典型动作指令，完成对舵机的正向及负向加载；

测试完成后断功率电、仪器电；

采集试验数据，并进行判读，确认数据有效性。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：舵机在加载工装上与伺服外负载同时由一台功率电池提供能源。

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