本發(fā)明涉及一種機電液控制技術(shù)，尤其是一種基于直線電機驅(qū)動增力模塊的高動態(tài)加載方案，具體地說是一種利用直線電機驅(qū)動增力模塊實現(xiàn)對系列多型號伺服作動器系統(tǒng)或者直線舵機的動態(tài)加載測試，能夠適用于多型號、大載荷、高頻率的加載情形的一種基于直線電機驅(qū)動增力模塊的伺服作動器高動態(tài)加載裝置。

背景技術(shù)：

伺服作動器是導(dǎo)彈制導(dǎo)與控制系統(tǒng)中的重要執(zhí)行部件，其性能的好壞直接決定了導(dǎo)彈飛行過程中的動態(tài)品質(zhì)。隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展以及各種先進精確制導(dǎo)武器的研制，對伺服作動器的動靜態(tài)負(fù)載特性、剛度特性、控制特性等各項性能指標(biāo)提出了越來越高的要求，而實驗測試是檢測其性能的重要環(huán)節(jié)。早期是通過全實物現(xiàn)場實驗對其性能進行實驗測試，這不僅造成大量人力、財力和物力的浪費，而且實驗測試次數(shù)很少，無法得到準(zhǔn)確又完整的數(shù)據(jù)，增加了伺服作動器系統(tǒng)的研制周期和費用，因此促進了伺服作動器半物理實物仿真技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展，而伺服作動器加載技術(shù)已經(jīng)成為實驗室研究其性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。

根據(jù)能源供給方式不同，目前加載方式主要有電動加載和液壓加載兩種，其中電動加載便于安裝維護、控制靈活，應(yīng)用日益廣泛。以下是一些比較常見的加載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其特點：采用直流力矩電機作為加載執(zhí)行機構(gòu)，在結(jié)構(gòu)上將力矩電機與被加載對象通過力矩傳感器連接實現(xiàn)較高精度的加載，但難以滿足大載荷、高頻率的加載需求；基于直流力矩電機和線性驅(qū)動器的加載方案，通過彈簧桿調(diào)節(jié)連接剛度，降低影響負(fù)載模擬器性能的多余力矩，但是彈簧桿剛度過大容易導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，給整個控制系統(tǒng)的設(shè)計和穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響，因此彈簧桿的選取顯得尤為重要；采用加速性能較好的直線電機作為力控電機，將直線電機通過力傳感器與被加載系統(tǒng)相連，但其輸出能力較弱，如果要求輸出較大的加載力，則需要選用較大功率的伺服電機，成本較高且無法靈活地滿足系列多型號伺服作動器系統(tǒng)的加載測試需求；采用力矩電機進行加載，將電機輸出的力矩通過減震彈簧桿作用到擺桿上轉(zhuǎn)化為力，最終作用于直線運動的舵機上，通過擺桿將圓周運動轉(zhuǎn)換為直線運動實現(xiàn)力矩-力的轉(zhuǎn)換，增加了系統(tǒng)的遲滯性，且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，同樣需要在跟蹤要求和抑制多余力之間尋求折衷，綜合考慮來選擇彈簧桿的剛度系數(shù)；采用伺服電機加行星減速器的機械傳動方式及力矩-力轉(zhuǎn)換裝置，將力矩轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的力輸出，實現(xiàn)對直線氣缸的加載，其中伺服電機和減速器內(nèi)部產(chǎn)生的摩擦扭矩大小隨著轉(zhuǎn)速增大而增大，嚴(yán)重影響力加載精度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的動態(tài)加載裝置存在體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、響應(yīng)靈敏度差等一系列問題，設(shè)計一種基于直線電機驅(qū)動增力模塊的伺服作動器高動態(tài)加載裝置，實現(xiàn)小位移、大推力、高頻響的動態(tài)加載控制，以方便對系列多型號伺服作動器系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)的測試與試驗。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于直線電機驅(qū)動增力模塊的伺服作動器高動態(tài)加載裝置，其特征在于利用直線加速性能良好的直線電機提高加載系統(tǒng)的動態(tài)特性，通過增力模塊提升直線電機的驅(qū)動力、降低成本，并通過更換其中的液壓缸改變增力倍數(shù)，靈活地滿足系列多型號伺服作動器系統(tǒng)不同載荷、不同頻率的加載測試需求，實現(xiàn)對伺服作動器或者直線舵機的高頻響、大推力的動態(tài)加載控制。

所述的加載裝置，其特征是它主要由運動控制模塊1、伺服驅(qū)動器2、直線電機3、第一連接環(huán)節(jié)4、增力模塊5、第二連接環(huán)節(jié)8、位移傳感器10、11、力傳感器12組成；運動控制模塊1采用模糊自適應(yīng)PID或其它控制器(如智能控制器、常見的其它類似的閉環(huán)控制器)實現(xiàn)動態(tài)加載系統(tǒng)的力閉環(huán)控制；直線電機3的輸出軸與增力模塊5中活塞面積較小的液壓缸活塞桿一端通過連接環(huán)節(jié)4連接；所述增力模塊5由有效活塞面積較小的第一雙出桿液壓缸6、有效活塞面積較大的第二雙出桿液壓缸7、單向閥14、17、安全閥15、16、蓄壓器18組成；蓄壓器18通過單向閥14、17為油路補充油液，安全閥15、16保障油路安全；直線電機3驅(qū)動第一雙出桿液壓缸6的活塞桿運動，經(jīng)過液壓油的能量傳輸與轉(zhuǎn)換，最終推動第二雙出桿液壓缸7的活塞桿運動，根據(jù)功率不變原則，將在第二雙出桿液壓缸7的活塞桿輸出端得到設(shè)定的加載力和速度；第二雙出桿液壓缸7的活塞桿通過第二連接環(huán)節(jié)8與伺服作動器液壓缸9相連；傳遞到第二雙出桿液壓缸7活塞桿上的加載信號作用于伺服作動器液壓缸9；位移傳感器10，11固定于工作臺的絕對位置；位移傳感器10、11、力傳感器12所測量的信號作為運動控制模塊1的反饋信號實現(xiàn)加載系統(tǒng)力的閉環(huán)控制，位移傳感器10，11所測量位移信號的差值為伺服作動器的位移值。

所述第一連接環(huán)節(jié)4為支耳銷釘或法蘭。

所述增力模塊5可由增力缸代替。

所述第二連接環(huán)節(jié)8為支耳銷釘或法蘭。

本發(fā)明的基于直線電機驅(qū)動增力模塊的伺服作動器高動態(tài)加載裝置還包括靜態(tài)加載系統(tǒng)，以便實現(xiàn)對伺服作動器進行靜態(tài)和動態(tài)加載；所述靜態(tài)加載系統(tǒng)為電動加載或者電液加載的方式；調(diào)整靜態(tài)加載初試位置能滿足對不同軸向尺寸的伺服作動器進行動靜態(tài)加載測試。

本發(fā)明的有益效果：

（1）針對伺服作動器軸向動態(tài)加載測試需求，提出以直線電機為加載動力源，相比傳統(tǒng)的以旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動的動態(tài)加載系統(tǒng)，直線電機避免了旋轉(zhuǎn)電機所需要的一切機械中間傳動和運動轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，充分利用直線電機本身良好的動態(tài)性能，提高加載系統(tǒng)的快速性和隨動性；同時，通過增力模塊對直線電機驅(qū)動力進行放大，增大輸出能力、降低成本；而且更換增力模塊中的液壓缸即可改變增力模塊的力放大倍數(shù)，大倍數(shù)有利于提高載荷，小倍數(shù)有利于提高加載頻率，因此可以靈活地滿足系列多型號伺服作動器系統(tǒng)不同載荷、不同頻率的加載測試需求。

（2）在本方案的基礎(chǔ)上能夠比較方便地增加靜態(tài)加載裝置，從而能夠完成對伺服作動器靜動態(tài)加載的集成化試驗與測試，其中靜態(tài)加載可以采用普通伺服電機或者電液加載的方式實現(xiàn)，調(diào)整靜態(tài)加載位置可以滿足對不同軸向尺寸的伺服作動器進行動靜態(tài)加載測試。當(dāng)動態(tài)加載系統(tǒng)處于非運動狀態(tài)時，能夠?qū)λ欧鲃悠飨到y(tǒng)進行靜態(tài)加載；當(dāng)靜態(tài)加載系統(tǒng)處于非運動狀態(tài)時，能夠?qū)λ欧鲃悠飨到y(tǒng)進行動態(tài)加載；兩個位移傳感器所測位移的差值即為伺服作動器系統(tǒng)在加載過程中的位移。

（3）本發(fā)明針對伺服作動器系統(tǒng)因位置閉環(huán)控制對加載系統(tǒng)的強位置干擾引發(fā)多余力的問題，將模糊自適應(yīng)PID或其它控制器用于動態(tài)加載系統(tǒng)的力閉環(huán)控制，有效降低了因不確定的位置干擾對加載系統(tǒng)性能產(chǎn)生的影響。通過仿真，結(jié)果表明相比傳統(tǒng)PID控制，模糊自適應(yīng)PID能夠進一步抑制多余力，提高系統(tǒng)的力加載精度及魯棒性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的加載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。

圖2是本發(fā)明的增力模塊系統(tǒng)原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。

如圖1-2所示。

一種基于直線電機驅(qū)動增力模塊的伺服作動器高動態(tài)加載裝置，它利用直線加速性能良好的直線電機提高加載系統(tǒng)的動態(tài)特性，通過增力模塊提升直線電機的驅(qū)動力、降低成本，并通過更換其中的液壓缸改變增力倍數(shù)，靈活地滿足系列多型號伺服作動器系統(tǒng)不同載荷、不同頻率的加載測試需求，實現(xiàn)對伺服作動器或者直線舵機的高頻響、大推力的動態(tài)加載控制。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，它主要由運動控制模塊1、伺服驅(qū)動器2、直線電機3、第一連接環(huán)節(jié)4、增力模塊5、第二連接環(huán)節(jié)8、位移傳感器10、11、力傳感器12組成；運動控制模塊1采用模糊自適應(yīng)PID或其它控制器(如智能控制器、常見的其它類似的閉環(huán)控制器)實現(xiàn)動態(tài)加載系統(tǒng)的力閉環(huán)控制；直線電機3的輸出軸與增力模塊5中活塞面積較小的液壓缸活塞桿一端通過連接環(huán)節(jié)4（可采用支耳銷釘或法蘭）連接；所述增力模塊5（具體實施時還可由增力缸代替）由有效活塞面積較小的第一雙出桿液壓缸6、有效活塞面積較大的第二雙出桿液壓缸7、單向閥14、17、安全閥15、16、蓄壓器18組成，如圖2；蓄壓器18通過單向閥14、17為油路補充油液，安全閥15、16保障油路安全；直線電機3驅(qū)動第一雙出桿液壓缸6的活塞桿運動，經(jīng)過液壓油的能量傳輸與轉(zhuǎn)換，最終推動第二雙出桿液壓缸7的活塞桿運動，根據(jù)功率不變原則，將在第二雙出桿液壓缸7的活塞桿輸出端得到設(shè)定的加載力和速度；第二雙出桿液壓缸7的活塞桿通過第二連接環(huán)節(jié)8（可采用支耳銷釘或法蘭）與伺服作動器液壓缸9相連；傳遞到第二雙出桿液壓缸7活塞桿上的加載信號作用于伺服作動器液壓缸9；位移傳感器10，11固定于工作臺的絕對位置；位移傳感器10、11、力傳感器12所測量的信號作為運動控制模塊1的反饋信號實現(xiàn)加載系統(tǒng)力的閉環(huán)控制，位移傳感器10，11所測量位移信號的差值為伺服作動器的位移值。

動態(tài)加載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案如圖1所示，控制模塊1給伺服驅(qū)動器2發(fā)送指令信號，伺服驅(qū)動器2驅(qū)動直線電機3運動，直線電機3驅(qū)動增力模塊5運動；增力模塊5的輸出信號作用于伺服作動器液壓缸9。

增力模塊5如圖2所示，由活塞面積較小的液壓缸6與活塞面積較大的液壓缸7串聯(lián)組成閉式液壓系統(tǒng)，直線電機3驅(qū)動液壓缸6的活塞桿運動，經(jīng)過液壓油的能量傳輸與轉(zhuǎn)換，最終推動液壓缸7的活塞桿運動，蓄壓器18通過單向閥14、17為油路補充油液避免形成負(fù)壓，安全閥15、16起到保障液壓系統(tǒng)安全的作用；

所述增力模塊5還可由增力缸代替，實現(xiàn)相同的驅(qū)動力增大效果；

直線電機3的輸出軸與液壓缸6的活塞桿通過連接環(huán)節(jié)4連接，伺服作動器液壓缸9的缸體與液壓缸7的活塞桿通過連接環(huán)節(jié)8相連；連接環(huán)節(jié)4和連接環(huán)節(jié)8為支耳銷釘或者法蘭等。如圖1所示，可在本方案的基礎(chǔ)上，增加靜態(tài)加載裝置13，將加載力通過力傳感器12作用于伺服作動器9，完成對伺服作動器系統(tǒng)的靜態(tài)加載測試。

本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。