CN201561848U - 能实现同步测力的高精度摆动舵机 - Google Patents

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金仲佳
李胜忠
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Abstract

一种能实现同步测力的高精度摆动舵机，包括舵机系统以及与其连接的控制和测量装置，计算机顺序连接控制卡、驱动器以及伺服电机，伺服电机的另一端分别连接光电编码器的输入端和舵机，光电编码器的输出端连接控制卡，构成舵机系统的控制装置；舵机顺序连接舵力矩传感器、信号放大器以及A/D数据采集卡的输入端，A/D数据采集卡的输出端连接计算机，构成舵机系统的测量装置。本实用新型能够实现舵角多种摆动形式和频率，并同步测定舵水动力和力矩，计算舵机有效功率，具有控制与测量精度高、水密性能好和操作简单的优点。

Description

能实现同步测力的高精度摆动舵机
技术领域
本实用新型涉及舵机装置。
背景技术
水下摆动舵机是对所输入的舵角变化指令通过舵机摆动系统实现舵面运动的装置，主要应用于水下航行体模型水动力测试和自由自航模型试验。目前，在水下航行体模型变舵角的水动力测试过程中，舵角的变化主要还是依靠手工变舵或简单低速步进方式，使得测试周期很长，效率很低且无法实现复杂舵面运动。在水下航行体自航模试验中，舵机仅能实现阶跃或线性操舵，精度较低而且无法获悉舵水动力和力矩，也无法为实尺度舵机功率选择提供技术指导数据。
实用新型的内容
为了缩短水下航行体模型变舵角水动力测试周期，提高自航模试验中舵角的精度及增加舵角摆动形式，并为实尺度舵机选型提供参考数据，申请人经过改进研究，提供了另一种能实现同步测力的高精度摆动舵机，其不仅能够实现多种摆动频率，使舵按预定的输出曲线动作，还能够同步测定舵水动力和力矩，且具有控制与测量精度高、水密性能好和操作简单等优点。
本实用新型的技术方案如下：
一种能实现同步测力的高精度摆动舵机，包括舵机系统以及与其连接的控制和测量装置，其中控制和测量装置的构成为：计算机顺序连接控制卡、驱动器以及伺服电机，伺服电机的另一端分别连接光电编码器的输入端和舵机，光电编码器的输出端连接控制卡，构成舵机系统的控制装置；舵机顺序连接舵力矩传感器、信号放大器以及A/D数据采集卡的输入端，A/D数据采集卡的输出端连接计算机，构成舵机系统的测量装置；其中与所述控制和测量装置连接的舵机系统的构成为：所述伺服电机安装在水密盒内，伺服电机通过蜗轮蜗杆减速传动齿轮与舵轴连接，舵轴两端连接舵，舵力矩传感器与舵轴相连接。所述蜗轮蜗杆减速传动齿轮的传动比为1∶140～1∶200。
本实用新型的有益技术效果是：
本实用新型通过计算机来控制和实现如阶跃、线性、正弦、梯形等多种不同的摆舵形式，且控制精度高，操作简单；通过测力传感器和数据采集装置实现同步测力，测量精度高，能够缩短水下航行体模型变舵角水动力测试周期，提高自航模试验中舵角的精度及增加舵角摆动形式，并可为实尺度舵机选型提供参考数据。伺服电机安装在水密盒内，水密性能好(水下40天水密完好)。
此外，蜗轮蜗杆减速传动齿轮具有较大传动比，可以使小功率伺服电机提供较大的转动扭矩，并具有自锁功能。
附图说明
图1是本实用新型的结构框图。
图2是舵机机械部分的结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。
如图1所示，本实用新型将计算机101通过PCI总线顺序连接控制卡102、驱动器103以及伺服电机104，伺服电机104的另一端分别连接光电编码器105的输入端和水密舵机106，光电编码器105的输出端连接控制卡102，构成舵机系统的控制装置；水密舵机106顺序连接舵力矩传感器107、信号放大器108以及A/D数据采集卡109的输入端，A/D数据采集卡109的输出端通过PCI总线连接计算机101，构成舵机系统的测量装置。图1中虚线为机械连接，实线为电气连接。
工作原理如下：在水下航行体运动时，计算机101根据试验要求向控制卡102发出指令，控制卡102作为上位控制单元将控制信号传到驱动器103，驱动器103作为驱动放大件控制伺服电机104，通过减速齿轮等传动机构，控制舵机106，实现航行体舵角的各种形式的变化。驱动器103采用位置控制模式，与控制卡102共同实现对伺服电机104的控制。为降低对操作系统实时性的要求，计算机101和驱动器103之间采用开环控制，计算机101进行界面管理和显示，控制控制卡102实现不同形式舵角曲线的输出。光电编码器105的输出端引入控制卡102，起反馈监视的作用。同时利用舵力矩传感器107测得作用在摆动舵上的受力变化，经信号放大器108后输入A/D数据采集卡109，最后将测量数据自动保存在计算机101上指定的文件内。图1中各方框的部件皆采用已有技术，其中伺服电机104为市售产品，型号为APM-SA01ACN2；驱动器103为与伺服电机104配套的市售产品，型号为APD-VS01N；控制卡102为市售产品，型号为PCI-8132；光电编码器105为市售产品，型号为AnyPackS40(2048线)；A/D采集卡109为市售产品，型号为PCI-6221；信号放大器108为市售产品，型号为SA-55；舵力矩传感器107为常规的测力天平。
如图2所示，伺服电机104安装在水密盒201内，并通过蜗轮蜗杆减速传动齿轮202与舵轴203连接，舵轴203两端连接舵204，舵力矩传感器107与舵轴203相连。伺服电机104通过蜗轮蜗杆减速传动齿轮202将扭矩传递到舵轴203上，使舵204按规定曲线摆动以及定位。蜗轮蜗杆减速传动齿轮202传动比为1∶160，可以使小功率伺服电机提供较大的转动扭矩，并具有自锁功能。
本实用新型能够实现阶跃、线性、正弦、梯形等多种摆舵形式，并且摆舵频率和精度高；通过对本实用新型的水密性和数据采集能力进行考核，水下40天水密完好，能够同步测得舵所受的水动力。
以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下，可以做出其他改进和变化。

Claims (2)

1.一种能实现同步测力的高精度摆动舵机，其特征在于包括舵机系统以及与其连接的控制和测量装置，其中控制和测量装置的构成为：计算机(101)顺序连接控制卡(102)、驱动器(103)以及伺服电机(104)，伺服电机(104)的另一端分别连接光电编码器(105)的输入端和舵机(106)，光电编码器(105)的输出端连接控制卡(102)，构成舵机系统的控制装置；舵机(106)顺序连接舵力矩传感器(107)、信号放大器(108)以及A/D数据采集卡(109)的输入端，A/D数据采集卡(109)的输出端连接计算机(101)，构成舵机系统的测量装置；其中与所述控制和测量装置连接的舵机系统的构成为：所述伺服电机(104)安装在水密盒(201)内，伺服电机(104)通过蜗轮蜗杆减速传动齿轮(202)与舵轴(203)连接，舵轴(203)两端连接舵(204)，舵力矩传感器(107)与舵轴(203)相连接。
2.根据权利要求1所述的能实现同步测力的高精度摆动舵机，其特征在于：所述蜗轮蜗杆减速传动齿轮(202)的传动比为1∶140～1∶200。
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