大扭矩电动负载模拟器的设计与研究.pdf

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1、·电气与自动化·张小磊，等·大扭矩电动负载模拟器的设计与研究大扭矩电动负载模拟器的设计与研究张小磊，宗光华，牛国臣(1．北京航空航天大学机器人研究所，北京100191；2．中国民航大学机器人研究所。天津3~30)摘要：负载模拟器用来模拟飞行器飞行过程中舵机所受到的铰链力矩，是舵机进行半实物仿真实验的重要设备。从硬件系统、软件系统两方面进行了分析设计。提出了一种大扭矩电动负载模拟器的设计方案。基于混合控制策略设计力矩控制器，抑制多余力矩的影响。研制了实际平台，并进行静态及正弦加载实验，结果验证了所设计的大扭

2、矩电动负载模拟器具有加载扭矩大、加载频率高、加载精度高的特点，可以满足目前国内高性能大扭矩舵机的测试需要。关键词：负载模拟器；混合控制；力矩控制；多余力矩；正弦加载中图分类号：TH137文献标志码：B文章编号：1671-5276(2014)03—0175-04DesignofLargeTorqueLoadSimulatorandItsResearchZHANGXiao—lei．ZONGGuang．hua．NIUGuo．chenI．(1．RoboticsInstitute，BeijingUniversity

3、ofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China；2．RoboticsInstitute，CivilAviationUniversityofChina，Tianjin3030，China)Abstract：Loadsimulatorcanbeusedtosimulateaerodynamicloadsactingonaimraft，anditisanimportantequipmentinhard—ware—in—loopsimulation．Thispap

4、erpresentsadesignschemeoftheloadsimulatorwithlargetorque，throughanalyzingandde—signingthehardwaresystem，softwaresystem．Acontrollerbasedonhybridcontrolisdesignedtorestraintheextraneoustorque．Italsodevelopsanactualplatformanddoesstaticandsinusoidalloadingex

5、perimenttoprovethatthesimulatorabovehasthead-vantagesoflargetorque，highfrequencyandhighloadaccuracyanditcanbesatisfiedwiththetestingneedsoftheadvancedrud-dersystem．Keywords：loadsimulator；hybridcontrol；torquecontrol；extraneoustorque；sinusoidalloading10N‘m／

6、。．5N’m／。0引言5)静态加载误差：≤5％6)动态加载误差：负载模拟器用来模拟飞行器飞行过程中受到的空气5Hz时，幅值差<5％，相位差<5％铰链力矩，是重要的半实物仿真设备。目前根据驱动方式10Hz时，幅值差<10％，相位差<10％的不同，负载模拟器可以分为机械式、电液式和电动式。系统的难点在于设计的负载模拟器能输出大扭矩并随着力矩电机技术的进步，电动式负载模拟器已经可以实具有高频宽，并且需要对多余力矩、噪声干扰进行有效的现大扭矩、高精度的负载模拟，并且由于电动式负载模拟抑制，提高加载精度。目前国内尚

7、没有加载扭矩达到器与电液式负载模拟器相比具有成本低、系统简单、污染50N·m、加载频率达到20Hz的电动负载模拟设备，因小、易于维护、可靠性高等优点。因此电动负载模拟器逐此系统对大扭矩加载设备的设计具有一定参考意义，本文渐成为国内负载模拟设备的主流研究方向J。文献[2]将对系统软硬件设计、加载精度保证、多余力矩抑制等方中对小扭矩电动负载进行了分析研究，提出了一种小扭矩面进行说明。电动负载模拟器的设计方案。文献[3]中设计了一款大扭矩负载模拟器，对大扭矩电动负载模拟器如何降低噪声1系统硬件结构及工作原理干扰

8、，提高系统加载精度提出了一种解决方法，最大输出扭矩为20N·m，最高加载频率为1OHz。1-1系统的硬件组成及工作原理针对某型号舵机的测试需要，设计了一种大扭矩输出的负载模拟器，其主要的性能指标如下：负载模拟器的硬件组成如图1所示，实物平台如图21)最大扭矩：50N·m所示。主要硬件包括工业计算机、PMAC运动控制卡、力2)最大转角：~20。矩电机、力矩电机驱动器、弹簧杆、外部编码器、扭矩传3)加载频率：0—20Hz感器。4)