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原文传递一种通用小型舵机扫频测试设备和方法

专利名称：	一种通用小型舵机扫频测试设备和方法
摘要：	本发明涉及一种通用小型舵机扫频测试平台，包括：测控电脑、测控板卡、待测舵机、角位移传感器、直流电源、舵机测试平台。测控电脑中安装并设置好测控软件，通过测控板卡将指令信号传送给待测舵机，驱动控制面模拟摇臂偏转。角位移传感器测量得到控制面模拟摇臂的角位移信号，通过测控板卡传送至测控电脑。舵机测试平台由5V直流电源供电。本发明可以测试不同的舵机，可以模拟不同舵面质量和转矩，可以模拟不同的气动载荷，可以控制舵机偏转角度，具有好的通用性。扫频考察舵机扫频特性，该特性在诸如气动伺服弹性领域具有重要的意义。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京航空航天大学
发明人：	吴志刚;孙玉凯;杨阳;杨超
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-24T00:00:00+0800
申请号：	CN201910153019.2
公开号：	CN109795716A
代理机构：	北京金恒联合知识产权代理事务所
代理人：	李强
分类号：	B64F5/60(2017.01);B;B64;B64F;B64F5
申请人地址：	100191 北京市海淀区学院路37号
主权项：	1.一种通用小型舵机扫频测试设备，其特征在于包括：测控电脑、测控板卡、角位移传感器、舵机测试平台，其中：舵机测试平台包括：底座(1)，直线滑轨(2)，可紧固滑块(3)，待测舵机固定支架(4)，控制面模拟支架(5)，扭杆夹具(6)，扭杆(7)，控制面模拟摇臂(8)，舵机控制面连杆(9)，轴承(10)，角位移传感器(11)，舵机摇臂(12)，待测舵机(13)，舵机紧固夹具(14)，直线滑轨(2)与底座(1)连接，可紧固滑块(3)通过紧拧螺钉紧固在直线滑轨(2)上，待测舵机固定支架(4)、控制面模拟支架(5)、扭杆夹具(6)分别与其对应的可紧固滑块(3)连接，控制面模拟摇臂(8)通过螺钉紧固扭杆(7)的固定端，扭杆夹具(6)利用螺栓夹紧扭杆(7)的滑动端，角位移传感器(11)与控制面模拟支架(5)连接，控制面模拟摇臂(8)通过轴承(10)，与控制面模拟支架(5)连接，控制面模拟摇臂(8)和舵机摇臂(12)通过舵机控制面连杆(9)连接，待测舵机(13)与舵机摇臂(12)连接，舵机紧固夹具(14)将待测舵机(13)紧固在待测舵机固定支架(4)上，测控电脑通过测控板卡将指令信号传送给待测舵机(13)，驱动控制面模拟摇臂(8)偏转，角位移传感器(11)用于测量得到控制面模拟摇臂(8)的角位移信号，该角位移信号通过测控板卡传送至测控电脑。 2.根据权利要求1所述的通用小型舵机扫频测试设备，其特征在于：舵机测试平台由5V直流电源供电。 3.根据权利要求1所述的通用小型舵机扫频测试设备，其特征在于：通过扭杆(7)模拟舵面所受的气动力，通过控制面模拟摇臂(8)模拟舵面的惯性力；其中，作用在舵面的气动力对舵面转轴处的力矩即舵面的铰链力矩被表征为：其中，ρ为空气密度，V为飞行速度，Se为舵面转轴后的面积，ce为相应的平均几何弦长，Che,δ为铰链力矩系数，δ为舵面偏角，设机翼的质量为mflap，舵面的惯性力在转轴处产生的力矩被表征为： Minertial＝mflapgLg，通过扭杆(7)模拟舵机所受到的舵面气动力产生的铰链力矩，扭杆(7)截面形状为矩形，扭杆(7)的矩形截面的高为h，宽为b，该矩形截面的极惯性矩被表征为： Ip＝βhb3 其中，β为矩形截面系数，当h/b＝1时，β＝0.141，该扭杆(7)在其工作长度Lbeam内，产生的扭矩被表征为：其中，为材料的剪切模量，E为材料的弹性模型，μ为材料的泊松比，Lbeam为梁的长度，为矩形梁的扭转角，当时，扭杆(7)单位扭转角所产生的扭矩等于舵面单位偏角所产生的铰链力矩，从而由此确定合适的扭杆(7)尺寸，实现对舵面铰链力矩的模拟，通过配重以及所设计的控制面模拟摇臂(8)模拟舵机所受到的舵面惯性力，当配重的质量mweight＝mflap且Lg＝Lweight时，舵机测试平台中舵机受到的由配重所引起的惯性力等于舵面产生的惯性力。 4.根据权利要求1所述的通用小型舵机扫频测试设备，其特征在于：测控电脑包括用于提供完整的舵机带载步进正弦扫频功能，其扫频信号参数设置包括初始频率、终止频率、频率步长、扫频幅值和采样率，每个频率步长扫频周期不少于10个正弦周期。 5.基于根据权利要求1或2所述的通用小型舵机扫频测试设备的测试方法，其特征在于包括：通过扭杆(7)模拟舵面所受的气动力，通过控制面模拟摇臂(8)模拟舵面的惯性力；其中，作用在舵面的气动力对舵面转轴处的力矩即舵面的铰链力矩被表征为：其中，ρ为空气密度，V为飞行速度，Se为舵面转轴后的面积，ce为相应的平均几何弦长，Che,δ为铰链力矩系数，δ为舵面偏角，设机翼的质量为mflap，舵面的惯性力在转轴处产生的力矩被表征为： Minertial＝mflapgLg， b)对于气动力和惯性力的模拟，通过扭杆(7)模拟舵机所受到的舵面气动力产生的铰链力矩，扭杆(7)截面形状为矩形，扭杆(7)的矩形截面的高为h，宽为b，该矩形截面的极惯性矩被表征为： Ip＝βhb3 其中，β为矩形截面系数，当h/b＝1时，β＝0.141，该扭杆(7)在其工作长度Lbeam内，产生的扭矩被表征为：其中，为材料的剪切模量，E为材料的弹性模型，μ为材料的泊松比，Lbeam为梁的长度，为矩形梁的扭转角，当时，扭杆(7)单位扭转角所产生的扭矩等于舵面单位偏角所产生的铰链力矩，从而由此确定合适的扭杆(7)尺寸，实现对舵面铰链力矩的模拟，通过配重以及所设计的控制面模拟摇臂(8)模拟舵机所受到的舵面惯性力，当配重的质量mweight＝mflap且Lg＝Lweight时，舵机测试平台中舵机受到的由配重所引起的惯性力等于舵面产生的惯性力。 6.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于：测控电脑包括用于提供完整的舵机带载步进正弦扫频功能，其扫频信号参数设置包括初始频率、终止频率、频率步长、扫频幅值和采样率，每个频率步长扫频周期不少于10个正弦周期。 7.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于进一步包括：将待测舵机(13)固定在舵机测试平台上，通过电缆把测控板卡与待测舵机(13)相连、把测控板卡与角位移传感器(11)相连、把测控板卡与测控电脑相连、把直流电源与舵机测试平台相连，打开测控电脑、测控板卡以及直流电源开关，把扫频信号参数输入测控电脑。 8.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于：扫频信号参数包括：初始频率0.2Hz，终止频率8Hz，频率步长0.1Hz，扫频幅值1°，采样率50Hz，在测试过程中，在扫频信号的频率步长增加的时段之间，舵机归零并保持1秒，对扫频信号的全部频率的测试结束后，舵机归零位，并将数据储存至对应的储存路径。
所属类别：	发明专利