CN113124005A - 一种双泵分腔调节控制负载模拟系统 - Google Patents

一种双泵分腔调节控制负载模拟系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种双泵分腔调节控制负载模拟系统，包括模拟器加载系统和舵机系统，模拟器加载系统包括两个液压泵、加载作动器、速度传感器和力传感器，两个双向定量泵分别与加载作动器的两腔连接，以调节加载作动器两腔的流量或压力，每个双向定量泵有流量控制模式和压力控制模式两种工作模式，控制器可以基于载荷谱指令和力传感器反馈信号生成加载控制指令，通过调节处于压力控制模式的双向定量泵，实现对加载作动器一腔压力状态的调控；控制器也可以基于在线生成的速度参考指令以及加载作动器的速度反馈信号生成速度控制指令，通过调节处于流量伺服模式的双向定量泵，对加载作动器另外一腔的流量状态进行调节，以解耦舵机的主动运动干扰。

Description

一种双泵分腔调节控制负载模拟系统
技术领域
本发明一种双泵分腔调节控制负载模拟系统，属于航空仿真技术领域。
背景技术
飞机在空中飞行时，主要通过调整舵机的角度，实现对于飞机姿态的调节。舵机系统的优劣直接决定整个飞机飞行性能的高低。而舵机的实际工作环境受振动、高温、低温等一系列因素的影响，使得舵机系统的可靠性和舵机伺服控制算法的鲁棒性受到影响。为了降低研发阶段的成本和飞行试验的风险，带载测试成为飞行器研制的必要实验环节。
负载模拟系统是带载测试的关键设备，其主要功能是将真实的载荷工况复现于地面研发调试阶段，通过一系列加装实验测试飞控算法的鲁棒性、验证飞行器结构参数的合理性。
现有公布号为CN 107345535 B的中国专利提出一种在阀控模拟加载系统的基础上利用分腔容积技术控制的系统，改变了单个伺服阀同时控制系统的流量和压力的情况，加载精度有所提高，但由于所用伺服阀数量的增加使得系统节流损失加大。公布号为CN104564915 A的国内申请提出了一种泵阀复合控制系统的方案，通过实现分腔容积控制的方案，兼顾加载系统的精度和节能问题。
通过对电液负载模拟器现有研究成果的分析，可将电液负载模拟加载系统存在的问题总结为以下几点:1.由于舵机主动运动的存在，加载系统将产生强迫流量，在此强干扰作用下，现有系统模拟加载精度不高；2.模拟加载装置设施复杂；3.在大流量大功率情况下，能效太低。
发明内容
本发明针对大流量大功率下的模拟加载系统能效低、精度低、抗干扰性差的问题，提出一种节能高效并且适用于大流量大功率工况下的新型双泵分腔调节控制负载模拟系统
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种双泵分腔调节控制负载模拟系统，包括相互联接的模拟器加载系统和舵机系统，模拟器加载系统包括加载作动器、速度传感器、力传感器、速度伺服控制器、第二液压泵、速度指令计算单元、加载控制器、第一液压泵和舵机速度微分单元；舵机系统包括舵机惯量模拟块、舵机速度传感器和舵机作动器，加载作动器通过联轴器与舵机惯量模拟块刚性相连；
加载作动器的一个腔与第一液压泵相连接，加载作动器的另一个腔与第二液压泵相连接，加载作动器上安装有力传感器，力传感器输出端与加载控制器的反相端连接，加载控制器的同相端依次通过力反馈微分单元和比例放大单元后与速度指令计算单元的第一同相端相连，加载控制器的输出端经信号放大器与第一液压泵相连，速度指令计算单元的第二同相端经过舵机速度微分单元后与舵机速度传感器相连，速度指令计算单元的输出端与速度伺服控制器的反相端相连，速度伺服控制器的同相端经微分单元与速度传感器连接，速度伺服控制器的输出端经信号放大器与第二液压泵相连；
第一液压泵和第二液压泵均为双向定量泵，第一液压泵和第二液压泵相连的驱动电机为调速电机，通过改变调速电机的转速，实现对加载作动器两腔的流量或压力的控制。
进一步地，所述第一液压泵和所述第二液压泵均为双向变量泵，所述第一液压泵和所述第二液压泵相连的驱动电机为定速电机，通过双向变量泵控制泵排量，实现对所述加载作动器两腔的流量或压力的控制。
进一步地，所述第一液压泵和所述第二液压泵均为双向变量泵，所述第一液压泵和所述第二液压泵相连的驱动电机为调速电机，通过改变调速电机的转速和/或双向变量泵的排量，实现对所述加载作动器两腔的流量或压力的控制。
进一步地，所述第一液压泵与所述加载作动器之间设有第一安全阀，所述第二液压泵与所述加载作动器之间设有第二安全阀，所述第一液压泵和所述第二液压泵共用一个油箱。
进一步地，所述加载作动器为非对称单出杆液压缸、对称双出杆液压缸、有限摆角液压摆动缸和液压马达的任意一种。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本系统运用两个双向定量泵来控制系统流量和压力。在任意工况下，必有一个双向定量泵的驱动电机处于流量工作模式，另一双向定量泵的驱动电机处于压力工作模式，分别对加载作动器两腔压力和流量进行控制。采用两泵控制系统增加了控制自由度，可实现对加载作动器流量和压力状态的独立协调控制，物理层面解耦舵机的主动运动干扰问题。通过两个双向定量泵的协调控制，实现高能效、高精度负载模拟任务。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种双泵分腔调节控制负载模拟系统原理图。
图2为本发明实施例提供的一种双泵分腔调节控制负载模拟系统的工作模式图。
图中，1—加载作动器、2—速度传感器、3—力传感器、4—舵机速度传感器、5—舵机作动器、6—舵机阀、7—舵机加载控制器、8—速度伺服控制器、9—第二安全阀、10—第二双向定量泵、11—速度指令计算单元、12—油箱、13—加载控制器、14—第一双向定量泵、15—第一安全阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示，本发明实施例一种双泵分腔调节控制负载模拟系统，包括模拟器加载系统和舵机系统，包括相互联接的模拟器加载系统和舵机系统，模拟器加载系统包括泵控流量伺服子系统、泵控压力伺服子系统、第一双向定量泵14和第二双向定量泵10，泵控流量伺服子系统的硬件组成包括：加载作动器1、速度传感器2、舵机速度微分单元、速度伺服控制器8、速度指令计算单元11和加载控制器13，泵控压力伺服子系统的硬件组成包括力传感器3。舵机系统包括舵机惯量模拟块、舵机速度传感器4和舵机作动器5，加载作动器1通过联轴器与舵机惯量模拟块刚性相连。
加载作动器1的一个腔与第一双向定量泵14相连接，加载作动器1的另一个腔与第二双向定量泵10相连接，加载作动器1的伸缩杆上安装有力传感器3，力传感器3输出端与加载控制器13的反相端连接，加载控制器13的同相端依次通过力反馈微分单元和比例放大单元后与速度指令计算单元11的第一同相端相连，加载控制器13的反相端与力传感器相连，加载控制器13的输出端经信号放大器与第一双向定量泵14相连，速度指令计算单元11的第二同相端经过舵机速度微分单元后与舵机速度传感器2相连，速度指令计算单元11的输出端与速度伺服控制器8的反相端相连，速度伺服控制器8的同相端经微分单元与速度传感器2连接，速度伺服控制器8的输出端经信号放大器与第二双向定量泵10相连。
第一双向定量泵14与加载作动器1之间设有第一安全阀15，第二双向定量泵10与加载作动器1之间设有第二安全阀9，第一双向定量泵14和第二双向定量泵10共用一个油箱12。加载作动器1依作用工况可以为非对称单出杆液压缸、对称双出杆液压缸、有限摆角液压摆动缸和液压马达的任意一种。
泵控压力伺服子系统中，力传感器3检测得到的压力信号在加载控制器13中与载荷谱指令对比得出定量泵压力控制信号，加载控制器13计算生成压力控制信号，控制第一双向定量泵14的驱动电机的转速，实现对加载作动器输出力的控制。流量伺服子系统中，速度指令计算单元8利用载荷谱指令以及加载系统的刚度参数生成速度控制信号，结合舵机速度传感器4检测得到的速度信号，生成速度控制信号，控制第二双向定量泵10的驱动电机的转速，实现加载作动器1输出力的控制。流量伺服子系统用于吸收或补充舵机主动运动导致的强迫流量。
本实施例中系统采用两个双向定量泵，可以通过改变驱动电机的转速实现流量或压力的控制。在另外一些实施例中，当采用固定转速的电机驱动时，通过双向变量泵控制泵排量，实现流量或压力的控制；当采用双向变量泵和转速可控的驱动电机时，通过改变电机的转速和变量泵的排量，实现流量或压力的控制。
根据舵机系统的载荷谱指令及其运动的方向，将模拟加载系统的双泵工作模式分为四种，为了便于分析阐述，对舵机载荷谱指令F和舵机运动方向X做以下定义：F与X的方向与笛卡尔坐标系横轴正方向一致时为正，反之则为负。参见图2，当舵机运动方向和载荷谱指令方向都是正时，第一双向定量泵工作在压力控制模式，第二双向定量泵工作在流量控制模式（工作模式1）；当舵机运动方向为正，载荷谱指令方向为负时，第一双向定量泵工作在流量控制模式，第二双向定量泵工作在压力控制模式（工作模式2）；当舵机运动方向和载荷谱指令方向都是负时，第一双向定量泵工作在流量控制模式，第二双向定量泵工作在压力控制模式（工作模式3）；当舵机运动方向为负，载荷谱指令方向为正时，第一双向定量泵工作在压力控制模式，第二双向定量泵工作在流量控制模式（工作模式4）。下面以工作模式1举例，对图1中的实施例的工作过程进行说明：利用力传感器3检测加载作动器输出力，基于载荷谱指令和力反馈信号的差值，通过加载控制器计算生成力控制信号，控制第一双向定量泵14的驱动电机转速加快，实现对加载作动器向右进行加载。通过利用载荷谱指令信号和由舵机速度传感器4所测舵机速度反馈信号。速度指令计算单元将载荷谱指令做微分运算后除以加载传感器的刚度系数,并与舵机速度求和得到作动器速度的参考指令。第二双向定量泵10的驱动电机根据所得的速度参考控制指令将加快排油转速，使加载作动器可以跟上主动舵机向右运动。
该实施例所能达到的技术效果：本系统运用两个双向定量泵来控制系统流量和压力。在任意工况下，必有一个双向定量泵的驱动电机处于流量工作模式，另一双向定量泵的驱动电机处于压力工作模式，分别对加载作动器两腔压力和流量进行控制。采用两泵控制系统增加了控制自由度，可实现对加载作动器流量和压力状态的独立协调控制，物理层面解耦舵机的主动运动干扰问题。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (5)

1.一种双泵分腔调节控制负载模拟系统，其特征在于：包括模拟器加载系统和舵机系统，模拟器加载系统包括加载作动器（1）、速度传感器（2）、力传感器（3）、速度伺服控制器（8）、第二液压泵、速度指令计算单元（11）、加载控制器（13）、第一液压泵和舵机速度微分单元；舵机系统包括舵机速度传感器（4）和舵机作动器（5）；
加载作动器（1）的一个腔与第一液压泵相连接，加载作动器（1）的另一个腔与第二液压泵（10）相连接，加载作动器（1）上安装有力传感器（3），力传感器（3）输出端与加载控制器（13）的反相端连接，加载控制器（13）的同相端依次通过力反馈微分单元和比例放大单元后与速度指令计算单元（11）的第一同相端相连，加载控制器（13）的输出端经信号放大器与第一液压泵相连，速度指令计算单元（11）的第二同相端经过舵机速度微分单元后与舵机速度传感器（2）相连，速度指令计算单元（11）的输出端与速度伺服控制器（8）的反相端相连，速度伺服控制器（8）的同相端经微分单元与速度传感器（2）连接，速度伺服控制器（8）的输出端经信号放大器与第二液压泵相连；
第一液压泵和第二液压泵均为双向定量泵，第一液压泵和第二液压泵相连的驱动电机为调速电机，通过改变调速电机的转速，实现对加载作动器（1）两腔的流量或压力的控制。
2.根据权利要求1所述的一种双泵分腔调节控制负载模拟系统，其特征在于：所述第一液压泵和所述第二液压泵均为双向变量泵，所述第一液压泵和所述第二液压泵相连的驱动电机为定速电机，通过双向变量泵控制泵排量，实现对所述加载作动器（1）两腔的流量或压力的控制。
3.根据权利要求1所述的一种双泵分腔调节控制负载模拟系统，其特征在于：所述第一液压泵和所述第二液压泵均为双向变量泵，所述第一液压泵和所述第二液压泵相连的驱动电机为调速电机，通过改变调速电机的转速和/或双向变量泵的排量，实现对所述加载作动器（1）两腔的流量或压力的控制。
4.根据权利要求1所述的一种双泵分腔调节控制负载模拟系统，其特征在于：所述第一液压泵与所述加载作动器（1）之间设有第一安全阀（15），所述第二液压泵与所述加载作动器（1）之间设有第二安全阀（9），所述第一液压泵和所述第二液压泵共用一个油箱（12）。
5.根据权利要求1所述的一种双泵分腔调节控制负载模拟系统，其特征在于：所述加载作动器（1）为非对称单出杆液压缸、对称双出杆液压缸、有限摆角液压摆动缸和液压马达的任意一种。
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