本發(fā)明屬于航天用伺服電機加載測試領域，具體涉及一種航天伺服電機慣性負載模擬裝置。

背景技術：

航天用伺服電機，作為機電伺服系統(tǒng)的關鍵動力元件，接收控制系統(tǒng)的位置指令，驅動空氣舵或噴管負載。其典型工況為頻繁加減速，除承受驅動負載運動的彈性負載和摩擦負載外，還承受慣性負載。電機的動態(tài)特性，成為衡量伺服電機性能的重要的技術指標，直接關系到機電伺服系統(tǒng)驅動噴管或舵面負載的輸出能力及加減速快響應能力。

為充分考核航天用伺服電機的動態(tài)性能，在試驗室測試電機性能階段，需在電機變工況運動時，施加慣性負載。慣性負載與伺服電機轉子位置、轉速大小無關，與轉速方向有關，只在伺服電機動態(tài)變化的過程中產生，因此，要實現慣性負載模擬，首先需要進行負載慣量等效、加速度測量。同時，航天用伺服電機功率等級及電壓等級較高，在試驗過程中，要防止伺服電機運行過程中PWM脈沖波尖峰電壓電磁干擾對慣性負載模擬裝置產生噪聲。

現有的慣性負載模擬裝置采用低頻大撓度可調慣性負載模擬件，其負載為太陽帆板，與噴管或舵負載相比，頻率低，不適應航天伺服電機高頻大幅度運動的工況條件；并且，目前慣性負載模擬裝置中，均通過加載盤或慣量塊單一加載或組合加載實現慣量模擬，需不斷裝調拆卸、操作繁瑣、費時費力。對于加速度測量，目前的慣性負載模擬裝置采用速度微分獲得加速度，受噪聲干擾太大，加速度值不準確。

技術實現要素：

本發(fā)明針對航天伺服電機高頻大幅度典型工況，提供了一種慣性負載模擬裝置，該裝置慣量模擬簡單易操作、加速度測量精準高可靠，具有噪聲隔離功能、結構緊湊布局的一體化設計優(yōu)點。

實現本發(fā)明目的的技術方案：一種慣性負載模擬裝置，該裝置包括第一聯軸器、扭矩傳感器、加速度傳感器、第二聯軸器、電滑環(huán)、加載電機，第一聯軸器的輸出端與扭矩傳感器的輸入軸連接，扭矩傳感器的輸出軸與第二聯軸器的一端連接，第二聯軸器內安裝有加速度傳感器，第二聯軸器的另一端與電滑環(huán)的一端連接。

所述的扭矩傳感器的底部固定在第二支架上，第二支架底部固定在地軌上。

所述的加載電機固定在第三支架的上，第三支架的底部固定在地軌上。

所述的第二聯軸器中間開有環(huán)形凹槽，第二聯軸器兩側柱體各自沿周向均布多個螺紋孔，第二聯軸器兩側柱體上各自沿周向均布多個切面，每個切面上各自開有一個螺紋孔；第二聯軸器一側柱體的內側上開有一個槽，該柱體內部、槽的內側設有安裝傳感器緊固螺紋孔；第二聯軸器不同柱體上相鄰的兩個切面上固定一個壓片。

所述的加速度傳感器安裝于第二聯軸器的槽內。

所述的電滑環(huán)包括轉子和套在轉子外的定子，轉子的一端與第二聯軸器的連接。

所述的電滑環(huán)的轉子上沿軸向開有轉子通孔，電滑環(huán)的定子上沿軸向開有定子通孔。

本發(fā)明的有益技術效果：(1)本發(fā)明采用加載電機、低慣量聯軸器、扭矩傳感器三者的慣量模擬負載慣量，逼近真實負載慣量；采用控制柜在加載驅動 器中植入慣量補償算法，進行微調，完全等效真實負載慣量。(2)聯軸器使用數量為2個，且慣量在三者中所占比重最大，致使三者慣量遠遠大于負載慣量，為真實逼近模擬負載慣量，采用樹脂材料加工設計聯軸器，樹脂材料的低密度性，使聯軸器慣量大幅度下降，樹脂材料的高強度性，使其實現緊固的聯接功能，最重要的是，樹脂材料的絕緣性，阻斷了被測電機PWM脈沖波尖峰電壓電磁干擾通過聯軸器傳導輻射至扭矩傳感器及被測電機，提高了系統(tǒng)工作的可靠性；低慣量樹脂聯軸器實現了模擬慣量與負載慣量的等效匹配，物理隔離了被測電機的傳導電磁噪聲，慣量補償算法實現了模擬慣量與負載慣量的精確匹配，慣量模擬簡單易操作，可針對不同負載進行慣量模擬。(3)本發(fā)明采用貼片微型加速度傳感器，直接測量慣性負載模擬裝置的加速度；采用電滑環(huán)，解決了加速度傳感器的線纜在軸旋轉系統(tǒng)中的纏繞問題；貼片微型加速度傳感器及電滑環(huán)獲得加速度的方式，與傳統(tǒng)采集速度、進行微分獲得加速度的方式相比，更加準確可靠，噪聲小。(4)本發(fā)明采用一體化結構設計，實現了噪聲隔離問題及加速度傳感器線纜引出問題；聯軸器采用開槽設計，加速度傳感器內置于槽內，電滑環(huán)安裝于軸上，加速度傳感器線纜在聯軸器凹槽內纏繞后引入電滑環(huán)轉子，最終線纜經電滑環(huán)定子引出；加速度傳感器內置于聯軸器的結構隔離了被測電機對加速度傳感器的輻射電磁噪聲的影響，加速度傳感器線纜在凹槽內纏繞固定后引入電滑環(huán)的轉子的結構設計解決了加速度傳感器在軸旋轉系統(tǒng)中的線纜引出問題。(5)采用本發(fā)明的裝置進行慣量負載模擬時，具有慣量補償功能，低慣量的聯軸器、扭矩傳感器、加載電機三者的慣量逼近真實負載慣量時，可通過上位機軟件，進行慣量補償，實現模擬慣量的微調，使模擬慣量與負載慣量完全效，同時，當負載改變，慣量改變時，不需要更換慣性負載模擬裝置，只需要進行慣量補償，即可實現慣量等效模擬，簡單易操作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所提供的一種慣性負載模擬裝置安裝在伺服電機動態(tài)加載系統(tǒng)中的示意圖；

圖2為本發(fā)明所提供的未安裝壓片的慣量聯軸器的三維示意圖；

圖3為本發(fā)明所提供的未安裝壓片的低慣量聯軸器的二維俯視圖；

圖4為圖3的A-A向剖視圖；

圖5為本發(fā)明所提供的未安裝壓片的慣量聯軸器的三維示意圖；

圖6為圖5的二維圖；

圖7為本發(fā)明所提供的電滑環(huán)的左視三維示意圖；

圖8為本發(fā)明所提供的電滑環(huán)的右視三維示意圖。

圖9為本發(fā)明所提供的加速度傳感器的示意圖。

圖中：1.待測電機，2.第一支架，3.第一聯軸器，4.扭矩傳感器，5.第二支架，6.加速度傳感器，7.第二聯軸器，8.電滑環(huán)，9.第三支架，10.加載電機，11.螺釘，12.地軌，13.被測電機驅動器，14.加載驅動器，15.第一信號線，16.第二信號線，17.第三信號線，18.第四信號線，19.控制柜；

6-1.安裝孔；

7-1.聯軸器連接螺紋，7-2.加速度傳感器引出線固緊螺紋孔，7-3.槽，7-4.切面，7-5.加速度傳感器緊固螺紋孔，7-6凹槽，7-7壓片；

8-1.轉子，8-2.定子，8-3.轉子通孔，8-4.定子通孔。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明所涉及的慣性負載模擬裝置搭建于伺服電機動態(tài)加載系統(tǒng)中，伺服電機動態(tài)加載系統(tǒng)包括待測電機1、第一支架2、第一聯軸器3、 扭矩傳感器4、第二支架5、加速度傳感器6、第二聯軸器7、電滑環(huán)8、第三支架9、加載電機10、螺釘11、地軌12、被測電機驅動器13、加載驅動器14、第一信號線15、第二信號線16、第三信號線17、第四信號線18、控制柜19。第一聯軸器3、扭矩傳感器4、第二支架5、加速度傳感器6、第二聯軸器7、電滑環(huán)8、第三支架9、加載電機10組成慣性負載加載裝置。加載電機10、加載驅動器14、控制柜19及慣性負載模擬裝置構成力矩閉環(huán)加載系統(tǒng)。

被測電機驅動器13的輸出端通過第一信號線15與待測電機1的輸入端連接，待測電機1的輸出軸通過螺釘與第一聯軸器3的一端固定連接，第一聯軸器3的另一端通過螺釘與扭矩傳感器4的輸入軸連接。待測電機1的一側通過螺釘固定在第一支架2側板上，第一支架2底部通過螺釘11固定在地軌12上，第一支架2底部通過螺釘11固定在地軌12上；扭矩傳感器4的底部通過螺釘固定在第二支架5上，第二支架5底部通過螺釘11固定在地軌12上。扭矩傳感器4的輸出軸通過螺釘與第二聯軸器7的一端固定連接，第二聯軸器7內安裝有加速度傳感器6。

如圖2、3、4、5、6所示，第二聯軸器7中間開有環(huán)形凹槽7-6，第二聯軸器7兩側柱體上各自沿周向均布8個螺紋孔7-1，第二聯軸器7兩側柱體各自沿周向均布3個切面7-4，每個切面7-4上各自開有一個加速度傳感器引出線固緊螺紋孔7-2；第二聯軸器7一側柱體的內側上開有一個槽7-3，該柱體內部、槽7-3的內側設有安裝加速度傳感器緊固螺紋孔7-5。第二聯軸器7不同柱體上相鄰的兩個切面7-4上固定一個壓片7-7，即3個壓片7-7通過螺釘、螺紋孔7-2固定在6個切面7-4上，第二聯軸器7、與位于其外側壁上的軸上聯軸器膜片通過螺釘、聯軸器螺紋孔7-1固定連接。

如圖7和圖8所示，電滑環(huán)8包括轉子8-1和套在轉子外的定子8-2，轉子 8-1與轉子8-2之間設有滾動軸承，轉子8-1能夠繞定子8-2轉動，轉子8-1的一端通過螺釘與第二聯軸器7的另一端固定連接，加載電機10的輸出軸插在轉子8-1的中心孔內、且兩者之間通過鍵連接。電滑環(huán)8的轉子8-1上沿軸向開有轉子通孔8-3，電滑環(huán)8的定子8-2上沿軸向開有定子通孔8-4。

如圖8所示，加速度傳感器6兩端各設有一個支耳，加速度傳感器6的支耳上的安裝孔6-1、加速度傳感器緊固螺紋孔7-5安裝于第二聯軸器7的槽7-3內，加速度傳感器的線纜纏繞于第二聯軸器7的凹槽7-6內，并在每個切面7-4上通過螺釘、加速度傳感器引出線固緊螺紋孔7-2固緊一個壓片7-7，使得加速度傳感器6的線纜完全纏繞固定于凹槽7-6內。加速度傳感器6的線纜在第二聯軸器7的凹槽7-6內纏繞完進入電滑環(huán)8的轉子通孔8-3，由電滑環(huán)8的定子通孔8-4引出，防止了加速度傳感器6的線纜纏繞在加載電機10的輸出軸上。

第一聯軸器3、第二聯軸器7的材料為絕緣樹脂材料。加速度傳感器6為貼片微型加速度傳感器。

加載電機10的一側通過螺釘固定在第三支架9的側板上，第三支架9的底部通過螺釘11固定在地軌12上。加載電機10輸入端通過第二信號線16與加載驅動器14的輸出端連接，加載驅動器14的輸入端通過第四信號線18與控制柜19的輸出端連接；控制柜19的輸入端通過第三信號線7-7與扭矩傳感器4的反饋端連接。

如圖1，采用本發(fā)明所提供的一種慣性負載模擬裝置進行伺服電機動態(tài)加載的工作原理：被測電機驅動器13輸出的電機啟動信號通過第一信號線15傳輸給待測電機1，帶動待測電機1啟動，待測電機1啟動后其輸出軸轉動，待測電機1的輸出軸帶動第一軸聯軸器3轉動，第一軸聯軸器3的轉動帶動扭矩傳感器4的轉軸運動，進而帶動第二聯軸器7轉動，第二聯軸器7的轉動帶動電滑 環(huán)8的轉子轉動，進而帶動加載電機10的轉軸轉動。在該裝置中，第一聯軸器3、扭矩傳感器4、第二聯軸器7(含內置的貼片加速度傳感器6)、電滑環(huán)8、加載電機10的轉動慣量接近負載的轉動慣量。控制柜中通過上位機設置慣性負載參數中的轉動慣量，進行慣量補償，使模擬的轉動慣量與負載的轉動慣量完全一致。同時，貼片微型加速度傳感器6進行被測電機加速度測量，控制柜根據慣量和加速度，即可獲得施加到被測電機上的慣性負載，該慣性負載作為被測電機的一種負載形式，與彈性負載、摩擦負載共同作為被測電機的實際負載，與扭矩傳感器4的轉矩反饋進行比較，形成轉矩閉環(huán)。

上面結合附圖和實施例對本發(fā)明作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施例，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。本發(fā)明中未作詳細描述的內容均可以采用現有技術。