一种电动力矩负载模拟器的半实物仿真接入方法与流程

本发明涉及力矩负载模拟器仿真领域，具体涉及一种电动力矩负载模拟器的半实物仿真接入方法。

背景技术：

1、本节中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

2、力矩负载模拟器是模拟飞行器在飞行过程中舵面所受空气气动力载荷的地面半实物加载装置，它可以在实验中完成对舵机飞行状态下所受力矩的模拟，也可完成舵机的入厂检定，是武器系统地面仿真设备之一。随着科技和国防事业的发展，科研企业迫切需要高性能的负载模拟器，为新型飞机、火箭、导弹、鱼雷等飞行器应用提供性能实验数据，为新技术的推广提供可靠的实验资料。

3、目前力矩负载模拟器主要用于测试舵机的性能，在舵机性能测试过程中，给参试舵机施加力矩，用以模拟飞行器飞行过程中作用在舵面上的气动载荷，使得在实验室条件下复现飞行器在空中飞行时舵面所受的各种载荷，从而检测其舵机驱动系统的技术性能指标，将传统的自破坏性全实物实验转化为实验室条件下的预测性研究，以达到缩短研制周期，节约研制经费，提高可靠性和成功率的目的。由于负载模拟器的经济性、载荷谱改变的方便性以及试验数据测试的容易性，在实验室里可以模拟各种条件和状态下的载荷谱，使得负载模拟器在许多领域里得到了广泛的应用。

4、以往使用的力矩负载模拟器大都是电液力矩伺服控制系统，也就是用电液伺服阀与叶片马达，配上计算机控制组成力矩闭环系统。而电动力矩负载模拟器方案因选不到适合力矩电机、电机堵转时发热问题和大功率开关器件的高速通断及其寿命无法解决等问题一直无法实施。

5、近年来，随着电力电子技术的发展及应用，直流伺服电动机控制技术有了显著进步，为电动力矩负载模拟器的研制提供了可行性，由于在电磁材料和开关元件方面的技术进步，使得电动力矩负载模拟器存在的问题得到了解决，但仍存在多余力矩的问题。

6、综上所述，其主要存在如下问题：

7、1、目前着重于应用单个负载模拟器测试飞行器性能的研究，没有参与到半实物系统体系的全闭环仿真研究；

8、2、现有负载模拟器对舵机适配通用性不太友好；

9、3、对于动态频带高，响应快，加载精度高的半实物仿真实验，现有负载模拟器可能达不到实验要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有技术中存在的问题，提供了一种电动力矩负载模拟器的半实物仿真接入方法，解决了上述问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种电动力矩负载模拟器的半实物仿真接入方法，包括：力矩负载模拟器与舵机刚性连接，力矩负载模拟器采用复合控制方法进行控制；所述复合控制方法，包括：所述力矩负载模拟器使用直流力矩电机加载，同时采用双环与多余力矩补偿的复合控制策略。

4、进一步地，所述力矩负载模拟器具有4通道力矩加载通道，采用十字型加载结构，通过舵轴向舵机加载，模拟舵面所受到的负载力矩。

5、进一步地，所述力矩负载模拟器由电气控制部分与机械台体部分组成，包括：主控计算机、功率放大模块、伺服控制系统、力矩传感器、力矩电机、加载装置。

6、进一步地，所述力矩负载模拟器在实时闭环半实物仿真工作模式下，由仿真计算机下达控制指令给主控计算机，主控计算机控制伺服控制系统运行，并最终通过加载装置产生作用力给舵机；

7、在舵机输入指令信号瞬间，伺服控制系统的输入信号ur＝0，力矩电机处于启动状态，电机尚未转动，在舵机运动趋势的作用下，力矩传感器输出力矩信号uf≠0，该力矩对于伺服控制系统来说就是扰动力矩；力矩传感器输出力矩信号反馈给伺服控制系统，伺服控制系统经闭环运算后输出控制信号，控制信号经放大后驱动力矩电机加载，使力矩电机的轴与舵机一起运动，并达到设定的力矩，同时舵机的扰动力矩也随之减小；

8、使用仿真加载时，本地主控计算机通过实时读取仿真计算机发来的命令，并将命令解算，转换成控制信号发送给伺服控制系统，从而控制力矩电机加载。

9、进一步地，所述力矩负载模拟器在参与实时闭环半实物仿真时，首先通过反射内存网将力矩负载模拟器接入半实物仿真系统回路，力矩负载模拟器从反射内存中读取初始状态数据，完成初始化操作；当仿真开始后，仿真计算机下达指令数据，主控计算机接收到指令后，对指令进行解算并转化为加载指令驱动力矩电机运动，同时实时采集输出的四通道力矩值，并将数据反馈至反射内存中。

10、进一步地，所述双环为外环采用力矩环，内环采用电流环。

11、进一步地，所述伺服控制系统包括力矩控制器。

12、进一步地，所述力矩控制器采用数字pid控制器。

13、进一步地，所述电流环的相应频带在1khz以上。

14、进一步地，所述多余力矩补偿，包括：

15、舵机的马达转轴上安装有光电编码器，所述光电编码器的数据通过测速模块转换为角速度信息，并输出给力矩电机，使力矩电机在速度上与舵机保持同步，达到消除多余力矩的目的。

16、与现有的技术相比本发明的有益效果是：

17、1、一种电动力矩负载模拟器的半实物仿真接入方法，具备光纤反射内存接入的能力，可以进一步提升半实物闭环接入的性能。

18、2、一种电动力矩负载模拟器的半实物仿真接入方法，采用反射内存和以太网相结合的网络构架方式，进一步提升现有硬件接入能力，不仅可以进行光纤接入，同样具备以太网接入，可扩展性更强。

19、3、一种电动力矩负载模拟器的半实物仿真接入方法，采用双闭环与多余力矩补偿的复合控制策略，外环采用力矩环，内环采用电流环。力矩环用于抑制力矩波动，电流环用于限制电机电流，多余力矩补偿用于减弱多余力矩对系统性能影响。

20、4、一种电动力矩负载模拟器的半实物仿真接入方法，引入转矩的速度反馈增加系统的阻尼比，改善系统稳定性。

21、5、一种电动力矩负载模拟器的半实物仿真接入方法，频带宽度高，动态响应快，可以适应不同飞行器半实物仿真需求以及适配不同规格型号舵机，且力矩加载精度较高。

技术特征：

1.一种电动力矩负载模拟器的半实物仿真接入方法，其特征在于，包括：力矩负载模拟器与舵机刚性连接，力矩负载模拟器采用复合控制方法进行控制；所述复合控制方法，包括：所述力矩负载模拟器使用直流力矩电机加载，同时采用双环与多余力矩补偿的复合控制策略。

2.根据权利要求1所述的一种电动力矩负载模拟器的半实物仿真接入方法，其特征在于，所述力矩负载模拟器具有4通道力矩加载通道，采用十字型加载结构，通过舵轴向舵机加载，模拟舵面所受到的负载力矩。

3.根据权利要求2所述的一种电动力矩负载模拟器的半实物仿真接入方法，其特征在于，所述力矩负载模拟器由电气控制部分与机械台体部分组成，包括：主控计算机、功率放大模块、伺服控制系统、力矩传感器、力矩电机、加载装置。

4.根据权利要求3所述的一种电动力矩负载模拟器的半实物仿真接入方法，其特征在于，所述力矩负载模拟器在实时闭环半实物仿真工作模式下，由仿真计算机下达控制指令给主控计算机，主控计算机控制伺服控制系统运行，并最终通过加载装置产生作用力给舵机；

5.根据权利要求4所述的一种电动力矩负载模拟器的半实物仿真接入方法，其特征在于，所述力矩负载模拟器在参与实时闭环半实物仿真时，首先通过反射内存网将力矩负载模拟器接入半实物仿真系统回路，力矩负载模拟器从反射内存中读取初始状态数据，完成初始化操作；当仿真开始后，仿真计算机下达指令数据，主控计算机接收到指令后，对指令进行解算并转化为加载指令驱动力矩电机运动，同时实时采集输出的四通道力矩值，并将数据反馈至反射内存中。

6.根据权利要求5所述的一种电动力矩负载模拟器的半实物仿真接入方法，其特征在于，所述双环为外环采用力矩环，内环采用电流环。

7.根据权利要求6所述的一种电动力矩负载模拟器的半实物仿真接入方法，其特征在于，所述伺服控制系统包括力矩控制器。

8.根据权利要求7所述的一种电动力矩负载模拟器的半实物仿真接入方法，其特征在于，所述力矩控制器采用数字pid控制器。

9.根据权利要求6所述的一种电动力矩负载模拟器的半实物仿真接入方法，其特征在于，所述电流环的相应频带在1khz以上。

10.根据权利要求1所述的一种电动力矩负载模拟器的半实物仿真接入方法，其特征在于，所述多余力矩补偿，包括：

技术总结本发明公开了一种电动力矩负载模拟器的半实物仿真接入方法，涉及力矩负载模拟器仿真领域，包括：力矩负载模拟器与舵机刚性连接，力矩负载模拟器采用复合控制方法进行控制；所述复合控制方法，包括：所述力矩负载模拟器使用直流力矩电机加载，同时采用双环与多余力矩补偿的复合控制策略；本发明，采用双闭环与多余力矩补偿的复合控制策略，外环采用力矩环，内环采用电流；力矩环用于抑制力矩波动，电流环用于限制电机电流，多余力矩补偿用于减弱多余力矩对系统性能影响。技术研发人员：王宇,陈功,敖厚军,钟宇,包富瑜,李姗姗,张俊傲,李航受保护的技术使用者：成都流体动力创新中心技术研发日：技术公布日：2024/6/30