本發(fā)明涉及電機(jī)加載領(lǐng)域，特別是涉及一種電動(dòng)變加載仿真系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

舵機(jī)是改變船舶或飛行器航行方向時(shí)，將舵轉(zhuǎn)至所需角度的裝置，通常安裝于船舶或飛行器的尾部，由駕駛?cè)藛T在駕駛臺(tái)上通過操縱裝置和傳動(dòng)裝置遠(yuǎn)距離操縱。在航空航天方面，舵機(jī)也是飛行控制系統(tǒng)的重要組成部分，導(dǎo)彈姿態(tài)變換的俯仰、偏航、滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等都是靠舵機(jī)相互配合完成的。舵機(jī)在許多工程上都有應(yīng)用，其性能的好壞直接決定著飛行器的動(dòng)態(tài)品質(zhì)。隨著我國航天、航空科技的不斷發(fā)展，對(duì)舵機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)的要求越來越高，而舵機(jī)性能指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試尤為重要。如果采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)去測(cè)試舵機(jī)的性能指標(biāo)，不僅浪費(fèi)了國家技術(shù)人員的時(shí)間和國家經(jīng)費(fèi)，而且由于天氣等原因?qū)嶒?yàn)不能隨時(shí)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)次數(shù)少，不能夠得到準(zhǔn)確完整的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，無形地增加了研制周期。由于舵機(jī)系統(tǒng)研制技術(shù)復(fù)雜、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、制造成本高，一旦現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)失敗，將造成無法挽回的損失。加載系統(tǒng)102對(duì)于高效研究舵機(jī)系統(tǒng)性能指標(biāo)起到關(guān)鍵性作用，因此，提高加載系統(tǒng)102的響應(yīng)速率以及測(cè)試精度，模擬其在飛行過程中所受到的力矩負(fù)載具有重要意義。

目前，國內(nèi)現(xiàn)有加載系統(tǒng)102一般是機(jī)械式和電液式，但這種傳統(tǒng)的機(jī)械式和電液式的加載系統(tǒng)102體積大、造價(jià)高、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用不方便，使得加載系統(tǒng)102力矩輸出精度低；國內(nèi)現(xiàn)有的大力矩電動(dòng)加載系統(tǒng)102都是伺服電動(dòng)機(jī)配減速裝置的驅(qū)動(dòng)方式，但由于減速機(jī)構(gòu)存在磨損，使其在可靠性、運(yùn)行效率、維護(hù)等方面存在諸多缺陷，從而影響加載系統(tǒng)102力矩輸出精度。目前，直驅(qū)式直接電力驅(qū)動(dòng)電機(jī)經(jīng)常采用旋轉(zhuǎn)式三相異步電機(jī)、無刷直流電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)，但是這些電機(jī)功率因數(shù)和效率較低、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較大，不能滿足加載系統(tǒng)102高效率、高精度的需求。并且傳統(tǒng)的電機(jī)采用實(shí)心轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，成本高，進(jìn)一步限制了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速率及其力矩輸出精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種電動(dòng)變加載仿真系統(tǒng)及方法，能夠提高變加載仿真系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速率和輸出精度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種電動(dòng)變加載仿真系統(tǒng)，包括：仿真計(jì)算機(jī)101、加載系統(tǒng)102、力矩傳感器103、承載系統(tǒng)104；

所述加載系統(tǒng)102包含控制器1021、加載電機(jī)1023驅(qū)動(dòng)裝置1022、加載電機(jī)1023、調(diào)理電路1024；

所述仿真計(jì)算機(jī)101與所述控制器1021的一端相連；

所述控制器1021的另一端與所述加載電機(jī)1023驅(qū)動(dòng)裝置1022的一端相連，所述加載電機(jī)1023驅(qū)動(dòng)裝置1022的另一端與所述加載電機(jī)1023的輸入端相連；

所述力矩傳感器103安裝在所述加載電機(jī)1023的輸出端；

所述加載電機(jī)1023采用中空轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；

所述承載系統(tǒng)104包含承載電機(jī)1041、光電編碼器1042、承載電機(jī)1041驅(qū)動(dòng)裝置；

所述加載電機(jī)1023、所述力矩傳感器103和所述承載電機(jī)1041同軸相連；

所述調(diào)理電路1024與所述力矩傳感器103、所述光電編碼器1042、所述控制器1021相連接。

可選的，所述承載電機(jī)1041與所述光電編碼器1042同軸連接。

可選的，所述加載系統(tǒng)102采用純電動(dòng)結(jié)構(gòu)形式。

可選的，所述加載電機(jī)1023為正弦波驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)。

還有一種電動(dòng)變加載仿真方法，所述方法應(yīng)用于所述電動(dòng)變加載仿真系統(tǒng)，包括：

獲取加載電機(jī)1023實(shí)際輸出的力矩信號(hào)；

獲取轉(zhuǎn)軸實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的位置信號(hào)；

將所述力矩信號(hào)傳送至控制器1021，生成反饋力矩信號(hào)；

所述位置信號(hào)傳送至控制器1021，生成反饋位置信號(hào)；

判斷期望力矩信號(hào)和反饋力矩信號(hào)是否相等，得到第一判斷結(jié)果；所述期望力矩信號(hào)表示的是實(shí)際期望輸出的力矩信號(hào)；

當(dāng)?shù)谝慌袛嘟Y(jié)果為期望力矩信號(hào)和所述反饋力矩信號(hào)不相等，調(diào)節(jié)所述力矩信號(hào)直至所述反饋力矩信號(hào)與所述期望力矩信號(hào)相等；

判斷期望位置信號(hào)和所述位置信號(hào)是否相等，得到第二判斷結(jié)果；所述期望位置信號(hào)表示的是實(shí)際期望轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度；

當(dāng)?shù)诙袛嘟Y(jié)果為期望力矩信號(hào)和所述反饋位置信號(hào)不相等，調(diào)節(jié)所述位置信號(hào)直至所述反饋位置信號(hào)與所述期望位置信號(hào)相等。

可選的，在獲取力矩信號(hào)之前，還包括：

獲取力矩指令；所述力矩指令是控制器1021根據(jù)期望力矩指令采用閉環(huán)算法計(jì)算得到的；所述期望力矩指令是由仿真計(jì)算機(jī)101發(fā)出的；

根據(jù)所述力矩指令轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)；

將所述模擬信號(hào)發(fā)送到加載電機(jī)1023驅(qū)動(dòng)裝置1022產(chǎn)生電壓信號(hào)；

根據(jù)所述電壓信號(hào)產(chǎn)生力矩信號(hào)。

可選的，所述獲取力矩指令之前，還包括：

向所述控制器1021發(fā)送一個(gè)期望力矩指令；所述期望力矩指令為正弦力矩指令。

可選的，所述獲取力矩指令之前，還包括：

向所述控制器1021發(fā)送一個(gè)期望力矩指令；所述期望力矩指令為階躍力矩指令。

可選的，調(diào)節(jié)所述力矩信號(hào)，包括：

當(dāng)所述反饋力矩信號(hào)小于所述期望力矩信號(hào)，增大所述電壓信號(hào)來增加所述力矩信號(hào)；

當(dāng)所述反饋力矩信號(hào)大于所述期望力矩信號(hào)，減小所述電壓信號(hào)來降低所述力矩信號(hào)。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：本發(fā)明采用轉(zhuǎn)子中空結(jié)構(gòu)電機(jī)，大大減小了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速率，并且加載系統(tǒng)102與承載系統(tǒng)104同軸相連，沒有了傳統(tǒng)的減速結(jié)構(gòu)，提高了能量利用率，由于調(diào)理電路1024接收力矩傳感器103檢測(cè)的力矩信號(hào)以及編碼器檢測(cè)的位置信號(hào)，并將所述力矩信號(hào)和位置信號(hào)發(fā)送給控制器1021，實(shí)現(xiàn)一個(gè)雙閉環(huán)系統(tǒng)，極大的提高了系統(tǒng)的輸出精度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的電動(dòng)變加載仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的電動(dòng)變動(dòng)加載仿真方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種電動(dòng)變加載仿真系統(tǒng)及方法，能夠提高電動(dòng)變加載仿真系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速率和系統(tǒng)的輸出精度。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的電動(dòng)變加載仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示，一種電動(dòng)變加載仿真系統(tǒng)，包括：仿真計(jì)算機(jī)101、加載系統(tǒng)102、力矩傳感器103、承載系統(tǒng)104；

所述加載系統(tǒng)102包含控制器1021、加載電機(jī)1023驅(qū)動(dòng)裝置1022、加載電機(jī)1023、調(diào)理電路1024；

所述仿真計(jì)算機(jī)101與所述控制器1021的一端相連；

所述控制器1021的另一端與所述加載電機(jī)1023驅(qū)動(dòng)裝置1022的一端相連，所述加載電機(jī)1023驅(qū)動(dòng)裝置1022的另一端與所述加載電機(jī)1023的輸入端相連；

所述力矩傳感器103安裝在所述加載電機(jī)1023的輸出端；

所述加載電機(jī)1023采用中空轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)；

所述承載系統(tǒng)104包含承載電機(jī)1041、光電編碼器1042、承載電機(jī)1041驅(qū)動(dòng)裝置1043；

所述加載電機(jī)1023、所述力矩傳感器103和所述承載電機(jī)1041同軸相連；

所述調(diào)理電路1024與所述力矩傳感器103、所述光電編碼器1042、所述控制器1021相連接。

其中，所述加載電機(jī)1023驅(qū)動(dòng)裝置1022根據(jù)不同情況采用PWM驅(qū)動(dòng)裝置、PFM驅(qū)動(dòng)裝置等。

具體的，所述承載電機(jī)1041與所述光電編碼器1042同軸連接，采用新型直驅(qū)式轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，將所述加載電機(jī)1023與所述承載電機(jī)1041通過法蘭直接連接，省卻了傳統(tǒng)的減速結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的能量利用率，消除了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)與噪音，降低了系統(tǒng)運(yùn)行的維護(hù)成本，根據(jù)上述仿真系統(tǒng)能夠提高系統(tǒng)的響應(yīng)速率以及系統(tǒng)的輸出精度。

具體的，所述加載系統(tǒng)102采用純電動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，所述加載電機(jī)1023為正弦波驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)；功率因數(shù)高，效率高，避免了傳統(tǒng)無刷直流電機(jī)和開關(guān)磁阻電機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大的缺點(diǎn)，有效提高了系統(tǒng)的輸出精度。

本發(fā)明還包括一種電動(dòng)變加載仿真方法，所述電動(dòng)變加載仿真方法應(yīng)用于所述電動(dòng)變加載仿真系統(tǒng)。圖2為電機(jī)變動(dòng)加載仿真方法的流程圖，如圖2所示，所述方法包括：

步驟S201：獲取加載電機(jī)1023實(shí)際輸出的力矩信號(hào)；

步驟S202：獲取轉(zhuǎn)軸實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的位置信號(hào)；

步驟S203：將所述力矩信號(hào)傳送至控制器1021，生成反饋力矩信號(hào)；

步驟S204：所述位置信號(hào)傳送至控制器1021，生成反饋位置信號(hào)；

步驟S205：判斷期望力矩信號(hào)和反饋力矩信號(hào)是否相等，得到第一判斷結(jié)果；當(dāng)?shù)谝慌袛嘟Y(jié)果為是時(shí)，執(zhí)行步驟S207，否則執(zhí)行步驟S206；

步驟S206：調(diào)節(jié)所述力矩信號(hào)之后，返回步驟S201；

步驟S207：判斷期望位置信號(hào)和所述位置信號(hào)是否相等，得到第二判斷結(jié)果；所述期望位置信號(hào)表示的是實(shí)際期望轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度；當(dāng)所述第二判斷結(jié)果為是時(shí)，程序結(jié)束；否則，執(zhí)行步驟S208；

步驟S208：調(diào)節(jié)所述位置信號(hào)之后，返回步驟S202。

其中，所述期望力矩信號(hào)表示的是實(shí)際期望輸出的力矩信號(hào)；所述期望位置信號(hào)表示的是實(shí)際期望轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度；

調(diào)節(jié)所述力矩信號(hào)直至所述反饋力矩信號(hào)與所述期望力矩信號(hào)相等；

調(diào)節(jié)所述位置信號(hào)直至所述反饋位置信號(hào)與所述期望位置信號(hào)相等。

本發(fā)明采用上述方法，輸出轉(zhuǎn)矩大，最大轉(zhuǎn)矩大于3000Nm，可適應(yīng)范圍較寬的負(fù)載；輸出精度高，測(cè)量轉(zhuǎn)角位置精度優(yōu)于±0.1°，效率高；帶寬高，該閉環(huán)系統(tǒng)在伯德(Bode)圖中的幅頻特性曲線下降到-3db，相頻特性曲線為-90deg時(shí)，系統(tǒng)帶寬大于75Hz，動(dòng)態(tài)響應(yīng)顯著提高；同時(shí)對(duì)力矩信號(hào)以及位置信號(hào)的雙重判斷，實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)系統(tǒng)，從而提高了系統(tǒng)的輸出精度。

具體的，所述獲取力矩指令之前，還包括：

向所述控制器1021發(fā)送一個(gè)期望力矩指令；所述期望力矩指令為正弦力矩指令。所述承載系統(tǒng)104處于自然釋放狀態(tài)。

具體的，所述獲取力矩指令之前，還包括：

向所述控制器1021發(fā)送一個(gè)期望力矩指令；所述期望力矩指令為階躍力矩指令。所述承載系統(tǒng)104根據(jù)所述階躍力矩指令產(chǎn)生相應(yīng)的負(fù)載。

本發(fā)明根據(jù)不同的期望力矩指令形式，使得所述承載系統(tǒng)104呈現(xiàn)不同的運(yùn)行狀態(tài)，使得本發(fā)明的加載方式比傳統(tǒng)靜態(tài)加載方式更能真實(shí)有效的反應(yīng)實(shí)際運(yùn)行狀況，提高了電動(dòng)變加載系統(tǒng)102的運(yùn)行可靠性。

本發(fā)明還包括另一種電動(dòng)變加載仿真方法，具體步驟如下：

步驟S301：獲取力矩指令；所述力矩指令是控制器1021根據(jù)期望力矩指令采用閉環(huán)算法計(jì)算得到的；所述期望力矩指令是由仿真計(jì)算機(jī)101發(fā)出的；

步驟S302：根據(jù)所述力矩指令轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)；

步驟S303：將所述模擬信號(hào)發(fā)送到加載電機(jī)1023驅(qū)動(dòng)裝置1022產(chǎn)生電壓信號(hào)；

步驟S304：根據(jù)所述電壓信號(hào)產(chǎn)生力矩信號(hào)。

步驟S305：獲取加載電機(jī)1023實(shí)際輸出的力矩信號(hào)；

步驟S306：獲取轉(zhuǎn)軸實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的位置信號(hào)；

步驟S307：將所述力矩信號(hào)傳送至控制器1021，生成反饋力矩信號(hào)；

步驟S308：所述位置信號(hào)傳送至控制器1021，生成反饋位置信號(hào)；

步驟S309：判斷期望力矩信號(hào)和反饋力矩信號(hào)是否相等，得到第一判斷結(jié)果；所述期望力矩信號(hào)表示的是實(shí)際期望輸出的力矩信號(hào)；

步驟S310：當(dāng)?shù)谝慌袛嘟Y(jié)果為否時(shí)，判斷所述反饋力矩信號(hào)是否大于所述期望力矩信號(hào)，得到第二判斷結(jié)果；當(dāng)所述第二判斷結(jié)果為是時(shí)，執(zhí)行步驟S311，否則執(zhí)行步驟S312；

步驟S311：減小所述電壓信號(hào)來降低所述力矩信號(hào)；返回步驟S305；

步驟S312：增大所述電壓信號(hào)來增加所述力矩信號(hào)；返回步驟S305；

步驟S313：當(dāng)?shù)谝慌袛嘟Y(jié)果為是時(shí)，判斷期望位置信號(hào)和所述位置信號(hào)是否相等，得到第三判斷結(jié)果；

步驟S314：當(dāng)?shù)谌袛嘟Y(jié)果為否時(shí)，調(diào)節(jié)所述位置信號(hào)之后，返回步驟S306；否則，程序結(jié)束。

調(diào)節(jié)所述位置信號(hào)直至所述反饋位置信號(hào)與所述期望位置信號(hào)相等。

本發(fā)明采用該方法，通過精確調(diào)節(jié)力矩輸出信號(hào)和位置輸出信號(hào)能夠有效提高電動(dòng)變加載仿真系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速率和系統(tǒng)的輸出精度。

本說明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見即可。對(duì)于實(shí)施例公開的系統(tǒng)而言，由于其與實(shí)施例公開的方法相對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見方法部分說明即可。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。