电动舵机负载模拟器现场校准方法探析和不确定度研究

《电动舵机负载模拟器现场校准方法探析和不确定度研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、电动舵机负载模拟器现场校准方法探析和不确定度研究　　【摘要】针对飞行器研制中控制系统半实物仿真试验所用高性能电动舵机负载模拟器系统设备原理，分析了校准测试难点，提出了一种现场原位校准方法，阐述了校准方法的原理，分析了可行性。结合实际校准测量数据进行了不确定度分析，对校准方法和装置进行了验证。【关键词】电动舵机负载模拟器；校准；校准不确定度1.引言电动舵机负载模拟器与实时仿真计算机、三轴姿态仿真转台组成半实物仿真试验系统，对飞行器控制系统进行半实物仿真试验，以验证控制系统工作状况。电动舵机负载模拟器在

2、试验系统中用于向控制系统的执行机构--舵机施加力矩，模拟飞行过程中作用在舵面上的气动负荷，进而检测控制系统性能，为验证产品质量和优化设计提供依据。6舵机负载模拟器加载力矩的准确性直接关系到测试试验的有效性，甚至关系到测试试验的安全性。作为机电一体化的精密复杂设备，其性能和精度受到较多因素影响，因此必须对其施行计量校准控制，以确认和保持其状态满足产品测试的需要。舵机负载模拟器作为专用测试设备，没有现成可用校准规范和方法，本文在充分论证、调研及消化资料的基础上，提出一种新的原位在线校准方法，解决了舵机负

3、载模拟器校准过程中存在的问题，实现了对舵机负载模拟器扭矩加载精度的校准。2.电动舵机负载模拟器系统组成与工作原理电动舵机负载模拟器系统结构原理示意图如图1所示，主要由加载机构和控制系统构成。加载机构主要由驱动功放、直流力矩电机、力矩传动轴系、舵机连接器、台体等组成；控制系统主要由主控计算机、伺服控制系统、力矩传感器等组成。其工作原理为：系统是以力矩为被调整量的电动伺服系统，通过力矩反馈控制，实现高精度的力矩加载。3.主要计量特性及校准难点电动舵机负载模拟器要在仿真试验过程中准确再现力矩载荷，因而对于

4、舵机负载模拟器力矩加载精度提出较高要求。根据仿真试验要求及舵机负载模拟器设计制造技术指标，本电动舵机负载模拟器力矩加载精度为±1%。其校准难点主要为：61）理论上可以采用分部校准法，即拆卸力矩传感器并分别对力矩传感器和力矩传感器配套测量电路进行校准，然后进行合成。但由于一般电动舵机负载模拟器力矩传感器配套测量电路已集成到控制系统中，存在无法分离且控制柜体积重量较大不便搬运等限制因素，实施困难。再者由于信号匹配等原因，采用分部校准法无法真实准确反映系统误差。2）采用传统的原位校准方法，另选标准力矩传感

5、器与电动舵机负载模拟器轴系同轴安装，由于需要在电动舵机负载模拟器轴系上串接标准传感器和连接工装，导致原有工作状态发生改变，无法获得反映实际工作状态的真实测量结果。4.校准方法4.1基本原理为避免上述校准方法缺陷，提出新的校准方法。即利用电动舵机负载模拟器原配力矩传感器作为量值传递标准，为其配套专用高精度数字电压表，组成标准力矩测量仪。将原配力矩传感器拆卸后与高精度数字电压表一并送上一级计量技术机构进行系统校准，将高精度力矩量值赋值给标准力矩测量仪，返回后将原配力矩传感器正确安装复位，并确保电动舵机负

6、载模拟器工作正常。校准时，在保持原配力矩传感器输出信号与舵机负载模拟器控制系统连接的同时，另外引出一路接入专用高精度数字电压表，组成标准力矩测量仪，完成对电动舵机负载模拟器力矩加载精度的校准。其校准原理示意图如图2所示。4.2方法可行性校准测试的一条基本原则是校准装置精度必须高于被校准设备精度，两者不确定度比应在1/3至1/10之间6。一般电动舵机负载模拟器力矩加载系统精度为1%，而原配力矩传感器精度通常选取为0.2%或更高，高精度数字电压表精度更高，其误差可以忽略，因此组成的标准力矩测量仪精度满足

7、校准的要求。即使原配力矩传感器精度较低时，通过高一级计量标准检定，也可通过对测量结果进行修正的方法提高精度。关于高精度数字电压表接入后对电动舵机负载模拟器工作以及测量的影响，主要原因为高精度数字电压表存在输入阻抗。现代仪表技术的发展，高精度数字电压表输入阻抗已达1MΩ以上。通过试验表明高精度数字电压表的输入阻抗对测量精度的影响可以忽略。关于原配力矩传感器的老化、稳定性问题，可通过规范校准步骤解决。标准力矩测量仪的送检应在需要对电动舵机负载模拟器校准之前执行，并在送检取回后尽可能短的时间间隔内开展对电

8、动舵机负载模拟器的校准。5.校准方法不确定度分析5.1校准测量方法用标准力矩测量仪测量舵机负载模器加载力矩值，评定值为电动舵机负载模拟器加载示值300Nm。重复测量10次，取10次测量的算术平均值作为测量结果。测量环境符合被测设备及标准力矩测量仪的工作要求，环境对测量值的影响可以忽略。5.2测量结果6测量结果见表1。5.3测量不确定度的主要来源a.标准力矩测量仪误差；b.测量的重复性。5.4标准力矩测量仪的误差引入的标准不确定度标准力矩测量仪经高一级计量标准检定，其量