CN103411789A - 作动器动态特性简易加载测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种作动器动态特性的简易测试装置，包括上位机PC、加载台、弹性悬臂梁、电阻应变片、桥盒、动态应变仪和数据采集***，其中加载台包括底座、支撑柱、夹条、可调压头、套筒和固定架，支撑柱设置在底座上，固定架设置在底座上，弹性悬臂梁固定在支撑柱上，电阻应变片设置在弹性悬臂梁靠近支撑柱的一端的根部，在套筒顶面和底面分别设置夹条，夹条的一端悬于弹性悬臂梁，通过可调压头与弹性悬臂梁接触，电阻应变片通过导线与桥盒连接，桥盒通过导线与动态应变仪连接，传输电压信号；动态应变仪与数据采集***连接，数据采集***与上位机PC连接。本发明具有结构简易，可靠，动态性能测试精度高，测量成本低的优点。

Description

作动器动态特性简易加载测试装置

技术领域

本发明属于一种测试装置，具体涉及一种作动器动态特性简易加载测试装置。

背景技术

国内研制成熟的作动器加载测试***大多数都是大转矩、大功率的电液伺服***，主要用于测试液压和气动作动器，对电动作动器这类小功率的位置伺服执行机构来说并不适用；华中测控技术有限公司设计的以力矩电机作为执行机构的被动式电动负载模拟器代表了先进的水平，这类***小信号跟踪能力强、加载分辨率高，适合力矩加载，但是工作频带、输出幅值相对较低，并且由于加载对象作动器的主动运动，会引起多余力矩产生,严重影响了加载***的控制性能和加载精度，并且其结构复杂、庞大，价格昂贵，并不适合普通高校的科研训练和中小企业测试产品性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种作动器动态特性简易加载测试装置，该装置具有结构简易，可靠，动态性能测试精度高，测量成本低的优点。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种作动器动态特性的简易测试装置,包括上位机PC、加载台、弹性悬臂梁、电阻应变片、桥盒、动态应变仪和数据采集***，其中加载台包括底座、支撑柱、夹条、可调压头、套筒和固定架，支撑柱设置在底座上，固定架设置在底座上，弹性悬臂梁固定在支撑柱上，电阻应变片设置在弹性悬臂梁靠近支撑柱的一端的根部，在套筒顶面和底面分别设置夹条，夹条的一端悬于弹性悬臂梁，通过可调压头与弹性悬臂梁接触，电阻应变片通过导线与桥盒连接，桥盒通过导线与动态应变仪连接，传输电压信号；动态应变仪与数据采集***连接，数据采集***与上位机PC连接。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

1、作动器动态特性简易加载测试装置与现有的负载模拟器或者旋转电机测功机相比，结构大大简化，实现低成本测试作动器的动态特性；

2、可以适用于各类作动器，测试对象的范围较宽，不论旋转的作动器还是直线的执行机构，都能够测试其动态特性；

3、较宽的加载力矩范围，只要根据作动器的特点设计不同规格的弹簧钢弹性悬臂梁，选择不同测量范围的电阻应变片，就能够对各种作动器进行力矩的加载测试；

4、本加载测试***属于机械式的模拟器，它可以通过加载台上弹性悬臂梁的固定座的左右、前后移动，灵活的改变力矩加载的位置和大小，并且可靠性高，不会产生多余力矩；

5、可以根据实际作动器的工作特点，选择数据采集***中的数据采集卡，因此数据采样频率高,有较宽的工作频带，不存在测试***跟踪不了作动器高速运动的情况。

6、在实际加载测试实验中，标定采用了多次测量取平均值，测量精度主要就体现在线性拟合的精度上，基本上拟合精度为99.98%。

附图说明

图1为本发明作动器动态特性简易加载测试装置的连接示意图。

图2为本发明作动器动态特性简易加载测试装置的结构示意图。

图3为本发明作动器动态特性简易加载测试装置的桥盒放大电路图。

图4为本发明作动器动态特性简易加载测试装置的结构侧视图。

图5为本发明作动器动态特性简易加载测试装置的测试原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

一种作动器动态特性的简易测试装置,包括上位机PC1、加载台3、弹性悬臂梁4、电阻应变片5、桥盒6、动态应变仪7和数据采集***8，其中加载台3包括底座9、支撑柱10、夹条12、可调压头14、套筒15和固定架17，两根支撑柱10通过螺钉在底座9上，固定架17设置在底座9上，弹性悬臂梁4固定在支撑柱10上，电阻应变片5设置在弹性悬臂梁4靠近支撑柱10的一端的根部，在套筒15顶面和底面分别设置夹条12，夹条12的一端悬于弹性悬臂梁4，通过可调压头14与弹性悬臂梁4接触，电阻应变片5通过导线与桥盒6连接，桥盒6通过导线与动态应变仪7连接，传输电压信号；动态应变仪7与数据采集***8连接，数据采集***8与上位机PC1连接。

结合图5，其设计原理：根据材料在小变形范围内，其受到的作用力与产生的变形、挠度等成线性关系的原理，可以设计出不同力矩范围的弹性悬臂梁，以满足作动器不同的力矩加载要求。图4中弹性悬臂梁的简化模型可以得到由反作用力获得的加载力矩M=FL₂，式中的L₂为力F的作用点与作动器输出轴线之间的距离，在力F的作用下弹性悬臂梁会产生向下的位移，即梁的挠度

其中E为材料的弹性模量，

b为梁宽度，h为梁的高度，I为梁横截的惯性矩。

结合图2、图3和图4，将作动器2穿过固定架17的固定圆环，通过固定架17的支架固定在加载台3上；套筒15套在作动器2的输出轴上，并将夹条12设置在套筒15的顶面和底面上通过平头螺钉固定，夹条12的一端悬于弹性悬臂梁4，通过可调压头14与弹性悬臂梁4刚好接触；在弹性悬臂梁4的另外一端的根部，靠近支撑柱10的一侧，贴上电阻应变片5，选用测量变形量超过2%的电阻应变片，其应变片测量能达到30万微应变，基本可以满足测量使用要求；贴在悬臂梁根部的电阻应变片5产生微应变，电阻应变片5通过桥盒6将应变信号放大后，再传递给动态应变仪7将应变转化为相应的电压信号传输给数据采集***8，数据采集***8将电压信号采集并传输给上位机PC1，上位机PC1实时显示采集到的电压波形曲线。

进行作动器动态特性的简易测试装置的标定，就是找到弹性悬臂梁4的变形量与数据采集***8采集的电压之间的比例关系，相当于灵敏度系数K。动态应变仪7采用YE3818C动态电阻应变仪，标定时采用砝码加载，分两个阶段加载。考虑到加工误差影响，对每条弹性悬臂梁4都进行标定，从0Kg到5Kg,再到10Kg,逐级加载并测出相应的挠度f_B，进行多次重复标定，得到的数据点可以通过数据处理软件ORIGIN进行线性拟合，可以得到挠度f_B与采集到的电压值之间的对应关系，其实质是弹性悬臂梁4受压产生的应变对应电压之间的关系，即f_B=f(u)，同时可以根据弹性悬臂梁的反作用力，力矩和作动器的旋转角度直接的关系式子F=f(f_B)，M=f(F)，f_B=L₂sinθ，可以推导出作动器的输出力矩M、转角θ与采集电压值的对应关系。

通过标定得到作动器2的输出力矩M、转角θ与高速数据采集***8采集电压值的对应关系，就可以进行作动器2的一些动态性能测试。

下面以测量旋转作动器的阶跃响应特性为例说明***的工作过程：

上位机PC1给定作动器的一个偏转角度的运动控制指令，通过RS232串口通信或CAN总线通信将指令传输到作动器2的数字信号微处理器，作动器2根据控制指令偏转一定的角度，由于套筒15将作动器输出的轴的运动传递到了可调压头14上，进而压紧弹性悬臂梁4向下运动一定的位移，此位移经过悬臂梁一端根部的电阻应变片5产生微应变，电阻应变片5通过桥盒6将应变信号放大后，再传递给动态应变仪7将应变转化为相应的电压信号传输给数据采集***8，数据采集***8将电压信号采集并传输给上位机PC1，上位机PC1实时显示采集到的电压波形曲线，其中电压从零跳变到最大值这个过程的时间就是作动器的阶跃响应时间，而通过上面标定得到的关系式可以算出作动器的偏转误差，经过多次测量取平均值就可以得到作动器比较准确的阶跃响应特性。

同上步骤，可以测试作动器的正弦跟踪能力，***带宽等动态性能。

Claims (3)

1.一种作动器动态特性的简易测试装置,其特征在于：包括上位机PC（1）、加载台（3）、弹性悬臂梁（4）、电阻应变片（5）、桥盒（6）、动态应变仪（7）和数据采集***（8），其中加载台（3）包括底座（9）、支撑柱（10）、夹条（12）、可调压头（14）、套筒（15）和固定架（17），支撑柱（10）设置在底座（9）上，固定架（17）设置在底座（9）上，弹性悬臂梁（4）固定在支撑柱（10）上，电阻应变片（5）设置在弹性悬臂梁（4）靠近支撑柱（10）的一端的根部，在套筒（15）顶面和底面分别设置夹条（12），夹条（12）的一端悬于弹性悬臂梁（4），通过可调压头（14）与弹性悬臂梁（4）接触，电阻应变片（5）通过导线与桥盒（6）连接，桥盒（6）通过导线与动态应变仪（7）连接，传输电压信号；动态应变仪（7）与数据采集***（8）连接，数据采集***（8）与上位机PC（1）连接。

2.根据权利要求1所述的作动器动态特性的简易测试装置,其特征在于：支撑柱（10）至少为两根，对称布置在底座（9）上。

3.根据权利要求1所述的作动器动态特性的简易测试装置,其特征在于：固定架（17）包括固定圆环和支架组成，固定圆环位于支架的顶部，支架底部设置在底座（9）上。

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