CN112965455B - 一种作动器动态特性测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于作动器特性测试技术领域，公开了一种作动器动态特性测试装置及方法，信号发生器的信号输出端与舵机控制器的信号输入端连接，舵机控制器的信号输出端与信号转接盒的信号输入端双向连接，舵机控制器的控制输出端与舵机作动器的控制输入端连接，舵机作动器的位移信号输出端与位移传感器的位移检测端连接，位移传感器的位移信号输出端与信号转接盒的位移信号输入端连接，信号转接盒的信号输出端与信号记录仪的信号输入端连接，舵机作动器的作动端与舵面的控制端连接。在进行飞机地面动态特性测试试验的同时，采用基于地面测试试验的同一套测试系统完成测试，不需要对作动器进行单独的作动器动态特性测试。

Description

一种作动器动态特性测试装置及方法

技术领域

本发明属于作动器特性测试技术领域，尤其涉及一种作动器动态特性测试 装置及方法。

背景技术

气动伺服弹性稳定性分析是电传飞机研制过程中必不可少的重要环节，而 伺服舵机作动器的动态特性是进行飞机气动伺服弹性稳定性分析与设计的所必 须的数据。通常，舵机作动器的供应商仅给出作动器的技术指标数据，舵机的 动态特性需要通过试验获得。

现有方法的缺点是需专门设计一套试验装置及试验，单独专门对舵机进行 测试。

发明内容

本发明提供一种作动器动态特性测试装置和方法，在进行飞机地面动态特 性测试试验的同时，采用基于地面测试试验的同一套测试系统完成测试，不需 要对作动器进行单独的作动器动态特性测试，装置简单，成本低，效率高，缩 短了试验周期，获取的舵机动态特性准确。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

技术方案一：

一种作动器动态特性测试装置，所述测试装置用于测试舵机作动器，所述 测试装置包括：信号发生器、舵机控制器、信号转接盒、信号记录仪、位移传 感器；

其中，信号发生器的信号输出端与舵机控制器的信号输入端连接，舵机控 制器的信号输出端与信号转接盒的信号输入端双向连接，舵机控制器的控制输 出端与舵机作动器的控制输入端连接，舵机作动器的位移信号输出端与位移传 感器的位移检测端连接，位移传感器的位移信号输出端与信号转接盒的位移信 号输入端连接，信号转接盒的信号输出端与信号记录仪的信号输入端连接，舵 机作动器的作动端与舵面的控制端连接。

本发明技术方案一的特点和进一步的改进为：

(1)所述信号发生器，用于产生两种类型的正弦扫频信号，第一种信号是 连续变频正弦扫频信号，第二种信号是频率可调的定频正弦扫频信号，所述第 二种信号的频率间隔不超过1Hz；

第一种信号用于测试作动器动态特性测试装置是否正常，第二种信号用于 获取作动器的动态特性。

(2)两种类型信号扫频的频率范围包含飞机主要模态的模态频率及舵面旋 转频率，舵面旋转频率通过飞机固有模态特性分析或者地面共振试验获取。

技术方案二：

一种作动器动态特性测试方法，所述测试方法包括：

S1，通过信号发生器产生定频正弦扫频信号，通过信号转接盒转换成舵控 指令输入信号并发送给舵机控制器，舵机控制器驱动舵机作动器带动舵面偏转；

S2，获取舵机作动器的位移传感器的输出信号，将舵控指令输入信号及作 动器位移输出信号通过信号转接盒转换后输出到信号记录仪，并记录该定频正 弦扫频信号输入下的舵面指令输入及对应的舵机位移输出信号，分别记为in(t) 及out(t)；记录时间至少包括两个完整波形；

S3，经拉氏变换将in(t)及out(t)从时域变化到拉氏域，记为IN(ω(k))和 OUT(ω(k))；

S4，获取多个测试频率以及每个测试频率对应的离散数据，从而得到多个 测试频率对应的离散形式的传递函数G(w(k))＝OUT(w(k))/IN(w(k))；

S5，根据所述离散形式的传递函数拟合出三阶传递函数，所述三阶传递函 数作为作动器动态特性。

本发明技术方案二的特点和进一步的改进为：

(1)在S4之后且在S5之前，所述方法还包括：

计算多个测试频率对应的离散数据的幅值和相位，绘制得到幅频曲线和相 频曲线。

(2)若拟合出的三阶传递函数在主要模态频率的幅值和相位分别与所述幅 频曲线或者相频曲线在对应频率处的幅值和相位的误差大于设定值，则重新拟 合三阶传递函数的系数。

(3)在S1之前，所述方法还包括：对所述作动器动态特性测试装置进行 测试。

(4)所述测试方法具体为：

通过信号发生器向舵机控制器施加连续变频正弦扫频，通过信号转接盒转 换成舵控指令输入信号，驱动舵机作动器带动舵面偏转，测试舵面作动器是否 能在所有频率正常运动；

获取作动器位移传感器输出信号，将舵控指令输入及作动器位移输出信号 通过信号转接盒转换后输出到信号记录仪，观察舵控指令输入及作动器位移输 出是否有异常。

本发明的有益效果：在进行飞机地面动态特性测试试验的同时，采用基于 地面测试试验的同一套测试系统完成测试，不需要对作动器进行单独的作动器 动态特性测试，装置简单，成本低，效率高，缩短了试验周期，获取的舵机动 态特性准确。

附图说明

图1为本发明实施例提供的作动器动态特性测试装置结构示意图；

图2为信号记录仪记录的舵控指令输入及作动器位移输出信号示意图；

图3为试验及拟合出的作动器动态特性对比示意图。

具体实施方式

下面对本发明提供的作动器动态特性测试装置和方法进行说明。

本发明实施例提供一种作动器动态特性测试装置，所述测试装置用于测试 舵机作动器，如图1所示，所述测试装置包括：信号发生器、舵机控制器、信 号转接盒、信号记录仪、位移传感器；

其中，信号发生器的信号输出端与舵机控制器的信号输入端连接，舵机控 制器的信号输出端与信号转接盒的信号输入端双向连接，舵机控制器的控制输 出端与舵机作动器的控制输入端连接，舵机作动器的位移信号输出端与位移传 感器的位移检测端连接，位移传感器的位移信号输出端与信号转接盒的位移信 号输入端连接，信号转接盒的信号输出端与信号记录仪的信号输入端连接，舵 机作动器的作动端与舵面的控制端连接。

进一步的：

(1)所述信号发生器，用于产生两种类型的正弦扫频信号，第一种信号是 连续变频正弦扫频信号，第二种信号是频率可调的定频正弦扫频信号，所述第 二种信号的频率间隔不超过1Hz；

第一种信号用于测试作动器动态特性测试装置是否正常，第二种信号用于 获取作动器的动态特性。

(2)两种类型信号扫频的频率范围包含飞机主要模态的模态频率及舵面旋 转频率，舵面旋转频率通过飞机固有模态特性分析或者地面共振试验获取。

本发明实施例还提供一种作动器动态特性测试方法，所述测试方法包括：

S1，通过信号发生器产生定频正弦扫频信号，通过信号转接盒转换成舵控 指令输入信号并发送给舵机控制器，舵机控制器驱动舵机作动器带动舵面偏转；

S2，获取舵机作动器的位移传感器的输出信号，将舵控指令输入信号及作 动器位移输出信号通过信号转接盒转换后输出到信号记录仪，并记录该定频正 弦扫频信号输入下的舵面指令输入及对应的舵机位移输出信号，分别记为in(t) 及out(t)；记录时间至少包括两个完整波形；

S3，经拉氏变换将in(t)及out(t)从时域变化到拉氏域，记为IN(ω(k))和 OUT(ω(k))；

ω_N＝e^-2πt/N

x(j)为in(t)或out(t)采样数据，X(k)为x(j)经离散傅里叶变换后的数据,N为 截取的采样点数；

S4，获取多个测试频率以及每个测试频率对应的离散数据，从而得到多个 测试频率对应的离散形式的传递函数G(w(k))＝OUT(w(k))/IN(w(k))；

S5，根据所述离散形式的传递函数拟合出三阶传递函数，所述三阶传递函 数作为作动器动态特性。

的三阶函数：

使以下目标函数的值最小：

A(w(k)和B(w(k)分别是A2，A1，A0及A0在频率w(k)处的傅里叶变换，n是频 率点个数，wt(k)为权重函数，确定出传递函数系数A0，A1，A2。

进一步的：

(1)在S4之后且在S5之前，所述方法还包括：

计算多个测试频率对应的离散数据的幅值和相位，绘制得到幅频曲线和相 频曲线。

(2)若拟合出的三阶传递函数在主要模态频率的幅值和相位分别与所述幅 频曲线或者相频曲线在对应频率处的幅值和相位的误差大于设定值，则重新拟 合三阶传递函数的系数。

(3)在S1之前，所述方法还包括：对所述作动器动态特性测试装置进行 测试。

(4)所述测试方法具体为：

通过信号发生器向舵机控制器施加连续变频正弦扫频，通过信号转接盒转 换成舵控指令输入信号，驱动舵机作动器带动舵面偏转，测试舵面作动器是否 能在所有频率正常运动；

获取作动器位移传感器输出信号，将舵控指令输入及作动器位移输出信号 通过信号转接盒转换后输出到信号记录仪，观察舵控指令输入及作动器位移输 出是否有异常。

具体的，

通过信号发生器产生在舵机控制器前加入频率可调的定频正弦扫频信号， 频率范围为1～15Hz，频率间隔为1Hz；

通过信号转接盒转接产生舵控指令输入，驱动舵机作动器带动舵面偏转；

引出舵控指令输入信号及作动器位移输出信号，通过信号转接盒转换后， 输出到信号记录仪，同时记录下舵控指令输入及作动器位移输出数据，如图2 所示；

经拉氏变换将所有测试频率的舵控指令输入和作动器位移输出从时域变化 到拉氏域，计算出离散形式的作动器传递函数，并绘制幅频特性曲线及相频特 性曲线如图3中试验值所示；

将舵机传递函数拟合为三阶函数，通过调整权重函数，并使目标函数值最 小确定出传递函数系数，得到作动器传递函数系数如下：

A0＝4e7，A1＝3.6e5，A2＝450

拟合出的作动器传递函数幅频特性曲线及相频特性曲线与试验值的对比如 图3所示。

本发明技术方案在进行飞机地面动态特性测试试验的同时，采用基于地面 测试试验的同一套测试系统完成测试，不需要对作动器进行单独的作动器动态 特性测试，装置简单，成本低，效率高，缩短了试验周期，获取的舵机动态特 性准确。

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 的变化或替换，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 (7)

1.一种作动器动态特性测试方法，其特征在于，采用一种作动器动态特性测试装置实现，所述测试装置用于测试舵机作动器，所述测试装置包括：信号发生器、舵机控制器、信号转接盒、信号记录仪、位移传感器；

其中，信号发生器的信号输出端与舵机控制器的信号输入端连接，舵机控制器的信号输出端与信号转接盒的信号输入端双向连接，舵机控制器的控制输出端与舵机作动器的控制输入端连接，舵机作动器的位移信号输出端与位移传感器的位移检测端连接，位移传感器的位移信号输出端与信号转接盒的位移信号输入端连接，信号转接盒的信号输出端与信号记录仪的信号输入端连接，舵机作动器的作动端与舵面的控制端连接；

所述测试方法包括：

S1，通过信号发生器产生定频正弦扫频信号，通过信号转接盒转换成舵控指令输入信号并发送给舵机控制器，舵机控制器驱动舵机作动器带动舵面偏转；

S2，获取舵机作动器的位移传感器的输出信号，将舵控指令输入信号及作动器位移输出信号通过信号转接盒转换后输出到信号记录仪，并记录该定频正弦扫频信号输入下的舵面指令输入及对应的舵机位移输出信号，分别记为in(t)及out(t)；记录时间至少包括两个完整波形；

S3，经拉氏变换将in(t)及out(t)从时域变化到拉氏域，记为IN(ω(k))和OUT(ω(k))；

S4，获取多个测试频率以及每个测试频率对应的离散数据，从而得到多个测试频率对应的离散形式的传递函数G(w(k))＝OUT(w(k))/IN(w(k))；

S5，根据所述离散形式的传递函数拟合出三阶传递函数，所述三阶传递函数作为作动器动态特性。

2.根据权利要求1所述的一种作动器动态特性测试方法，其特征在于，

所述信号发生器，用于产生两种类型的正弦扫频信号，第一种信号是连续变频正弦扫频信号，第二种信号是频率可调的定频正弦扫频信号，所述第二种信号的频率间隔不超过1Hz；

第一种信号用于测试作动器动态特性测试装置是否正常，第二种信号用于获取作动器的动态特性。

3.根据权利要求2所述的一种作动器动态特性测试方法，其特征在于，

两种类型信号扫频的频率范围包含飞机主要模态的模态频率及舵面旋转频率，舵面旋转频率通过飞机固有模态特性分析或者地面共振试验获取。

4.根据权利要求1所述的一种作动器动态特性测试方法，其特征在于，在S4之后且在S5之前，所述方法还包括：

计算多个测试频率对应的离散数据的幅值和相位，绘制得到幅频曲线和相频曲线。

5.根据权利要求4所述的一种作动器动态特性测试方法，其特征在于，

若拟合出的三阶传递函数在主要模态频率的幅值和相位分别与所述幅频曲线或者相频曲线在对应频率处的幅值和相位的误差大于设定值，则重新拟合三阶传递函数的系数。

6.根据权利要求1所述的一种作动器动态特性测试方法，其特征在于，在S1之前，所述方法还包括：对所述作动器动态特性测试装置进行测试。

7.根据权利要求6所述的一种作动器动态特性测试方法，其特征在于，所述测试方法具体为：

通过信号发生器向舵机控制器施加连续变频正弦扫频，通过信号转接盒转换成舵控指令输入信号，驱动舵机作动器带动舵面偏转，测试舵面作动器是否能在所有频率正常运动；

获取作动器位移传感器输出信号，将舵控指令输入及作动器位移输出信号通过信号转接盒转换后输出到信号记录仪，观察舵控指令输入及作动器位移输出是否有异常。

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