直升机关联舵机综合测试设备的设计

摘要

舵机是直升机自动飞行控制系统的执行机构，它在直升机实际飞行过程中需要承受通过液压助力器来的空气动力及其力矩作用，空气动力及其力矩最终呈现为舵机输出轴的动态交变负载。舵机性能的好坏直接影响飞控系统和直升机的整体性能。舵机加载测试设备，即负载模拟器，是在地面试验室条件下的一种半实物仿真试验设备，它是在试验室条件下对舵机施加载荷，模拟直升机在空中飞行时舵机输出轴所受到的负载情况，对舵机系统的实际工作性能进行考核验证。
　　本文在研究总结舵机加载测试系统的发展现状基础上，以具体工程应用为背景，针对某型直升机的总距、俯仰、横滚和航向四个控制通道的舵机，设计了一套自动加载综合测试设备。加载方式采用目前广泛研究和应用的电动加载方式。
　　论文所做的主要工作如下:
　　(1)在比较机械加载、电液加载、磁粉制动加载和电动加载的基础上，选定采用电动加载方式对并联舵机进行加载。对普遍存在的加载多余力矩问题，分析了多余力矩产生的原因和抑制方法。
　　(2)确定了整体测试方案，进行了硬件选型和软件设计。测试系统采用交流伺服电机作为加载电机给舵机提供负载模拟，以PXI控制器为控制平台，选用LabVIEW2013作为软件开发平台。
　　(3)设计了测试设备加载台架的机械结构，确定了传动轴系各部分轴径大小，选择合适的联轴器和扭矩传感器，合理安排各零部件的联接，保证了加载台同轴度和刚度的要求。采用箱体结构增大了结构的刚度，对箱体组件、传动轴两个重要零组件，应用ANSYS Workbench软件进行了有限元分析，直观地得出受力变形结果。
　　(4)搭建系统数学模型，在Matlab中用Simulink工具对系统进行仿真，采用PID控制和前馈控制结合消除多余力矩，提高系统稳定性，验证系统满足测试精度要求。
　　(5)编制了加载系统软件，将软件结构分为系统设置、试验控制、试验检测、打印操作四个模块，运用LabVIEW2013软件对各个模块图形化编程，实现测试系统要求。
　　(6)对测试设备进行机械调试，满足安装要求;进行综合测试，满足加载精度和测试项目要求。
　　舵机自动加载测试系统以LabVIEW软件作为开发平台，人机界面友好，功能强大，还可利用加载台架上的手动加载盘和标准高精度砝码，实现自动加载系统的扭矩精度的校准和标定。仿真和实物验证表明:加载测试系统扭矩和位置控制精度均较高，可满足测试要求。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 研究目的和意义

1．3 舵机加载系统的研究现状

1．3．1 机械式加载系统

1．3．2 电液式加载系统

1．3．3 磁粉式加载系统

1．3．4 电动式加载系统

1．4 多余力矩产生的原因及抑制方法

1．4．1 多余力矩产生的原因

1．4．2 多余力矩的抑制方法

1．5 论文的主要研究内容

2 测试系统总体方案设计

2．1 测试对象并联舵机

2．2 技术方案

2．2．1 设备性能和功能要求

2．2．2 测试系统总体结构

2．2．3 扭矩加载方案

2．3 数据采集与仪器控制

2．4 加载电机的选择

2．5 编码器的应用

2．6 扭矩传感器的选择

2．7 本章小结

3 加载工作台设计与ANSYS分析

3．1 加载台架机械机构设计及工作原理

3．2 牙嵌离合器的设计

3．3 联轴器的选择

3．4 工作台关键零部件受力变形ANSYS分析

3．4．1 箱体有限元分析

3．4．2 中间轴有限元分析

3．5 本章小结

4 加载测试系统的建模与仿真

4．1 加载测试系统的建模

4．2 加载测试系统仿真

4．3 本章小结

5 加载测试系统软件设计

5．1 LabVIEW软件

5．2 软件系统结构

5．3 软件的界面设计

5．4 通信功能

5．5 系统设置模块

5．6 试验控制模块设计

5．7 打印操作模块设计

5．8 同步技术

5．9 本章小结

6 加载测试系统调试和综合测试

6．1 机械调试

6．2 软件调试

6．3 综合测试

6．4 本章小结

结论

参考文献

致谢