[发明专利]多摩擦片叠加加载机构及采用该机构的大幅值双向摩擦加载式电液负载模拟器

说明书

技术领域

本发明涉及一种半物理仿真模型，属于电液伺服控制及自动控制领域。

背景技术

电液伺服控制系统以其控制精度高、较大的能量体积比、频率响应快等优点，被广泛用于航空航天、工业自动化、机器人、机床等高精尖领域。电液负载模拟器是一种地面半实物仿真设备，主要用以模拟导弹、战机等飞行器在飞行过程中，其舵机舵面所受的空气动力力矩载荷谱，实现在实验室条件下半实物的复现被测对象在实际工作过程中所受的动力载荷，模拟被测对象在实际工作中所受动力载荷环境，将经典的自破坏性实验转化为实验室条件下的预测研究，从而实现在地面半实物的测试飞行器舵机的性能，进而改进舵机系统，使舵机系统性能达到要求。地面半实物仿真技术具有良好的可控性、无破坏性、全天候以及操作简单方便、实验具有可重复性等优点，其经济性是经典自破坏性实验所无法比拟的。国内外相关专家学者及单位分别研制出了各种型号的用于地面半实物仿真的负载模拟器样机或产品。但是随着对飞行器性能要求的不断提高，要求电液负载模拟器具有更高的加载精度高、更快频率响应等性能特点。

传统电液负载模拟器在研制中一直存在很多技术难题没有解决：(1)多余力矩的存在严重影响系统的控制性能的提高。被测舵机系统与负载模拟器系统近似刚性的连接在一起，当舵机主动运动时，必然对负载模拟器系统产生强扰动，引起多余力矩，其数值和舵机的运动状态有关。(2)难以实现高精度的动态加载。由于飞行器飞行过程中舵机舵面所受空气动力力矩为任意的函数。要想精确地复现该函数，则要求负载模拟器系统为高阶无静差系统。但多余力矩的存在及其微分特性使加载系统高阶无静差很难实现，尤其是当被测舵机系统运动频率较高时。(3)难以保证小力矩加载性能。当小力矩加载时，多余力矩对系统的影响变得相对显著，它使加载精度降低，加载灵敏度难以保证，甚至淹没加载信号，加之存在伺服阀死区、压力波动等因素的影响，将使系统无法实现正常加载。(4)控制策略复杂。电液负载模拟器的被加载对象是各种飞行器的舵机系统，不同型号的舵机可能会导致系统控制性能的变化，尤其是引起多余力矩补偿控制环节参数的变化，因此要求控制系统具有一定的鲁棒性。这就使系统的控制变得更加复杂和困难，控制策略通用性较差。

双向摩擦加载式电液负载模拟器以其独特的结构完全消除了由被测舵机主运动产生的多余力矩，并能实现高精度、高动态、高频响的正、负双向力矩加载。但是由于摩擦材料摩擦系数及系统结构设计尺寸的限制，双向摩擦加载式电液负载模拟器很难实现大幅值的力矩加载，这使得其的应用范围受到一定的限制。为了在较小的机构尺寸下利用现有的高性能摩擦材料大幅的提高双向摩擦加载式电液负载模拟器的加载幅值，基于作用力与反作用力原理，设计了一种多摩擦片叠加加载机构，使得采用该机构的双向摩擦加载式电液负载模拟器能够实现高精度、高动态、高频响的无多余力矩的正、负双向大幅值力矩加载。从而将摩擦加载式电液负载模拟器的应用范围扩大到受更大外载荷的舰船、大型客机、火箭等的舵机系统的地面半实物测试中。

发明内容

本发明目的是为了解决双向摩擦加载式无多余力矩电液负载模拟器很难在较小结构尺寸的条件下利用现有的高性能的摩擦材料实现高精度、高动态、高可靠性的大幅值力矩加载的问题，提供了一种多摩擦片叠加加载机构及采用该机构的大幅值双向摩擦加载式电液负载模拟器。

本发明所述多摩擦片叠加加载机构，它包括第一恒转动摩擦片、六个销、第二摆动摩擦片、第二恒转动摩擦片、第一摆动摩擦片、第二摩擦片支座和第一摩擦片支座；

第一摩擦片支座通过一个滑键固定在主轴上，第一摩擦片支座的侧表面上固定一片第一摆动摩擦片；

第一摩擦片支座通过一个凹凸槽与第二摩擦片支座对应固定连接在一起，第二摩擦片支座和第一摩擦片支座一同摆动并向主轴传递扭矩；

第二摆动摩擦片与第二摩擦片支座上的摩擦片槽配合连接，第二摆动摩擦片能够沿着轴向在摩擦片槽内滑动并能够向第二摩擦片支座传递扭矩；

第二恒转动摩擦片通过六个周向均布的销与第一恒转动摩擦片连接，第二恒转动摩擦片能够沿着销轴向滑动，同时能够与第一恒转动摩擦片一同高速旋转；

第一恒转动摩擦片一个侧面与第二摆动摩擦片一个侧面构成一个摩擦副，第二摆动摩擦片另一个侧面同时与第二恒转动摩擦片一个侧面构成第二个摩擦副，第二恒转动摩擦片另一侧面同时与第一摆动摩擦片一个侧面构成第三个摩擦副；