一种直线加载测控系统的制作方法

本发明属于控制装置技术领域，特别是一种直线加载测控系统。

背景技术：

近些年来，随着我国综合国力增长以及国防建设的需要，一批具有自主知识产权的装备设备投入使用，先后启动了如大推力火箭、大重载飞机、航母以及各类新型导弹等项目的研究，而在这类装备中，一种能实现直线运动机构的伺服驱动系统扮演着重要的角色。

如何在整车调试之前根据实际载荷变化规律对该直线运动伺服驱动系统进行模拟加载，并实时测试和显示其驱动电流变化、输出特性和动力学特性，对于了解该伺服驱动系统的工作特性，判定其性能是否满足实际工况的需要，有着重要作用。通过该伺服加载系统进行模拟加载并测试其动态特性，并根据性能测试的结果，方便地对该伺服驱动系统性能参数进行调整并找到相应的优化途径，还可以减少反复装车调试和修改带来的研制周期的加长和研制费用的提高，大大提高研制效率和质量。

但是目前国内主要研究的事以液压马达或作动筒为执行机构的电液式伺服加载系统，这种加载方式存在着漏油、维护不便、对油污敏感且经常性发生故障等缺点，另外大惯性以及密封摩擦等非线性因素也很大程度上影响了加载精度；而采用直线伺服电机的电动式伺服加载存在着局限于主动式加载、成本比较高、制造维修不太方便等缺点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种直线加载测控系统。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种直线加载测控系统，包括试验台和控制台，其中控制台包括工控机、运动控制卡和采集卡，控制台用于对试验台进行加载闭环控制并实现人机交互，其中试验台包括t型平台、伺服加载系统及被测伺服系统，其中伺服加载系统包括伺服加载电机、伺服加载电机支座、联轴器、转矩转速传感器、转矩转速传感器支座、套筒、滚珠丝杠副支撑单元、支座、滚珠丝杠、限转支座、导轨、滑块、键、连接板、滚珠丝杠副螺母、限转块、螺母连接轴、连接法兰、拉压力传感器、光栅尺、光栅尺安装板、直线导轨、移动滑块、连接件、光栅尺读数头及拉压力传感器输出轴；被测伺服系统包括驱动电机、支撑平台、减速器、摆动机构、连接轴、连接端一、连接端二、连接节、转角仪、转角仪支座、微位移传感器及微位移支座；

所述t型平台整体呈“t”型，其上设置长度、宽度两个方向的t槽通道，伺服加载电机支座、转矩转速传感器支座、支座、限转支座、直线导轨、光栅尺安装板、支撑平台、转角仪支座及微位移支座均通过紧固件与t型平台连接固定；伺服加载电机支座、转矩转速传感器支座、支座、限转支座、直线导轨依次设置在t型平台长度方向一侧的t槽通道上，伺服加载电机支座位于通道的最外侧，直线导轨上设置光栅尺安装板，支撑平台、转角仪支座及微位移支座依次设置在宽度方向的t槽通道上；微位移支座位于支撑平台和转角仪支座的一侧；

所述伺服加载系统中，伺服加载电机支座设置在t型平台上，伺服加载电机通过紧固件与伺服加载电机支座紧固连接，伺服加载电机通过电机轴与联轴器一端相连，联轴器另一端与转矩转速传感器相连，转矩转速传感器通过紧固件设置在转矩转速传感器支座上，转矩转速传感器另一端与滚珠丝杠的一端固连；支座通过紧固件设置在t型平台上，滚珠丝杠副支撑单元通过紧固件设置在支座上，套筒设置在滚珠丝杠副支撑单元内侧，滚珠丝杠与转矩转速传感器连接的一端由滚珠丝杠副支撑单元支撑，滚珠丝杠的另一端为自由端；滚珠丝杠与滚珠丝杠副螺母配合，滚珠丝杠副螺母与限转块通过键配合，限转块通过紧固件设置在限转支座上，导轨通过紧固件设置在限转支座的两侧，滑块设置在导轨上，连接板通过紧固件设置在限转支座两侧的滑块上，连接板与滚珠丝杠副螺母的上端面通过紧固件固定，滚珠丝杠副螺母的另一端与螺母连接轴相连；拉压力传感器的一端通过连接法兰与螺母连接轴相连，拉压力传感器设置在连接件上，连接件与设置在两侧的移动滑块相连，设置在两侧的移动滑块通过紧固件设置在直线导轨上，直线导轨设置在t型平台上，光栅尺读数头与一端的移动滑块相连，光栅尺通过紧固件设置在光栅尺安装板上，光栅尺安装板设置在t型平台上，拉压力传感器另一端通过拉压力传感器输出轴与被测伺服系统的连接端一相连；

所述被测伺服系统中，驱动电机、减速器及摆动机构设置在支撑平台上，驱动电机输出轴与减速器相连，减速器另一端与摆动机构相连，摆动机构的连接端一与拉压力传感器输出轴相连，摆动机构的连接端二与微位移传感器相连，微位移传感器设置在微位移支座上，连接轴通过连接节与转角仪相连，转角仪设置在转角仪支座上。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明中所述的连接板、连接件采用高强度硬铝合金材料，加载系统本身惯量小，有利于提高系统的动态性能；2)相对于现有的电液伺服加载系统因加载对象的主动运动而对加载系统所造成很强位置干扰、较大的多余力、维护不方便等问题，本发明采用伺服电机取代液压阀构成的电动加载系统具有响应快速、体积小、结构简单、成本低、控制方便、维护使用方便等优点；3)相对于采用直线伺服电机的电动式伺服加载存在着局限于主动式加载、成本比较高、制造维修不太方便等缺点，本发明采用旋转伺服电机加滚珠丝杠的方案，虽然在设计时结构相对复杂，但可用于被动式加载，技术比较成熟，加载控制比较方便，制造成本比较低，是一种性价比比较高的伺服加载形式；4)本发明同时采用两种方案对丝杠螺母进行限制转动，相较于传统的键槽形式，在螺母顶端采用双导轨的形式，结构简单方便；7)本发明具有广泛的适用性，可以根据机构的实际受载变动情况，有效地针对不同尺寸的摆动机构使用合适的载荷谱对机构进行模拟加载，以考核机构在实际工况下的工作性能及工作可靠性；8)本发明加载测试系统功能多种多样，能够满足伺服模拟加载、传动机构的精度测量、机构力学特性试验、机构的极限承载能力及可靠性试验四个主要功能，其中伺服模拟加载形式包括恒值加载、波形加载、带载启动、同步加载及任意波形加载。

附图说明

图1是本发明的一种直线加载测控系统的俯视图。

图2是本发明的一种直线加载测控系统的工作原理图。

图中编号所代表的含义为：1-t型平台2-伺服加载电机3-伺服加载电机支座4-联轴器5-转矩转速传感器支座6-转矩转速传感器7-套筒8-支座9-滚珠丝杠副支撑单元10-滚珠丝杠11-限转支座12-滑块13-导轨14-滚珠丝杠副螺母15-连接板16-限转块17-键18-螺母连接轴19-光栅尺20-连接法兰21-拉压力传感器22-直线导轨23-移动滑块24-连接件25-驱动电机26-支撑平台27-减速器28-摆动机构28-1-连接端一28-2-连接端二28-3-连接轴29-拉压力传感器输出轴30-转角仪31-转角仪支座32-连接节33-微位移支座34-微位移传感器35-光栅尺读数头36-光栅尺安装板

具体实施方式

结合附图，本发明公开了一种直线加载测控系统，包括试验台和控制台，其中控制台包括工控机、运动控制卡和采集卡，控制台用于对试验台进行加载闭环控制并实现人机交互，其中试验台包括t型平台1、伺服加载系统及被测伺服系统，其中伺服加载系统包括伺服加载电机2、伺服加载电机支座3、联轴器4、转矩转速传感器6、转矩转速传感器支座5、套筒7、滚珠丝杠副支撑单元9、支座8、滚珠丝杠10、限转支座11、导轨13、滑块12、键17、连接板15、滚珠丝杠副螺母14、限转块16、螺母连接轴18、连接法兰20、拉压力传感器21、光栅尺19、光栅尺安装板36、直线导轨22、移动滑块23、连接件24、光栅尺读数头35及拉压力传感器输出轴29；被测伺服系统包括驱动电机25、支撑平台26、减速器27、摆动机构28、连接轴28-3、连接端一28-1、连接端二28-2、连接节32、转角仪30、转角仪支座31、微位移传感器34及微位移支座33；

所述t型平台1整体呈“t”型，其上设置长度、宽度两个方向的t槽通道，伺服加载电机支座3、转矩转速传感器支座5、支座8、限转支座11、直线导轨22、光栅尺安装板36、支撑平台26、转角仪支座31及微位移支座33均通过紧固件与t型平台1连接固定；伺服加载电机支座3、转矩转速传感器支座5、支座8、限转支座11、直线导轨22依次设置在t型平台1长度方向一侧的t槽通道上，伺服加载电机支座3位于通道的最外侧，直线导轨22上设置光栅尺安装板36，支撑平台26、转角仪支座31及微位移支座33依次设置在宽度方向的t槽通道上；微位移支座33位于支撑平台26和转角仪支座31的一侧；

所述伺服加载系统中，伺服加载电机支座3设置在t型平台1上，伺服加载电机2通过紧固件与伺服加载电机支座3紧固连接，伺服加载电机2通过电机轴与联轴器4一端相连，联轴器4另一端与转矩转速传感器6相连，转矩转速传感器6通过紧固件设置在转矩转速传感器支座5上，转矩转速传感器6另一端与滚珠丝杠10的一端固连；支座8通过紧固件设置在t型平台1上，滚珠丝杠副支撑单元9通过紧固件设置在支座8上，套筒7设置在滚珠丝杠副支撑单元9内侧，滚珠丝杠10与转矩转速传感器6连接的一端由滚珠丝杠副支撑单元9支撑，滚珠丝杠10的另一端为自由端；滚珠丝杠10与滚珠丝杠副螺母14配合，滚珠丝杠副螺母14与限转块16通过键17配合，限转块16通过紧固件设置在限转支座11上，导轨13通过紧固件设置在限转支座11的两侧，滑块12设置在导轨13上，连接板15通过紧固件设置在限转支座11两侧的滑块12上，连接板15与滚珠丝杠副螺母14的上端面通过紧固件固定，滚珠丝杠副螺母14的另一端与螺母连接轴18相连；拉压力传感器21的一端通过连接法兰20与螺母连接轴18相连，拉压力传感器21设置在连接件24上，连接件24与设置在两侧的移动滑块23相连，设置在两侧的移动滑块23通过紧固件设置在直线导轨22上，直线导轨22设置在t型平台1上，光栅尺读数头35与一端的移动滑块23相连，光栅尺19通过紧固件设置在光栅尺安装板36上，光栅尺安装板36设置在t型平台1上，拉压力传感器21另一端通过拉压力传感器输出轴29与被测伺服系统的连接端一28-1相连；

所述被测伺服系统中，驱动电机25、减速器27及摆动机构28设置在支撑平台26上，驱动电机25输出轴与减速器27相连，减速器27另一端与摆动机构28相连，摆动机构28的连接端一28-1与拉压力传感器输出轴29相连，摆动机构28的连接端二28-2与微位移传感器34相连，微位移传感器34设置在微位移支座33上，连接轴28-3通过连接节32与转角仪30相连，转角仪30设置在转角仪支座31上。

所述的伺服加载电机2、联轴器4、转矩转速传感器6、滚珠丝杠10、螺母连接轴18及拉压力传感器21同轴连接。

所述的连接板15、连接件24采用高强度硬铝合金材料。

工控机通过运动控制卡控制伺服加载电机2和驱动电机25，采集卡采集转矩转速传感器6、拉压力传感器21、微位移传感器34及转角仪30的信号并反馈给工控机形成闭环控制。

工控机设定加载模式并将控制指令发送给运动控制卡，运动控制卡对指令进行处理后发送给伺服加载电机2和驱动电机25，伺服加载电机2将输出扭矩通过滚珠丝杠10转化为直线力，进而对摆动机构28进行直线加载，驱动电机25通过减速器27完成驱动任务，同时转速传感器6、拉压力传感器21、微位移传感器34及转角仪30采集实时数据并反馈给工控机进行闭环控制，工控机将驱动信号与反馈信号比较得出调节误差，经运算给出调节后的电压控制信号，反复运行上述过程。

本发明中所述的连接板、连接件采用高强度硬铝合金材料，加载系统本身惯量小，有利于提高系统的动态性能。

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。

实施例

一种直线加载测控系统，包括试验台和控制台，其中控制台包括运动控制卡和采集卡，控制台用于对试验台进行加载闭环控制并实现人机交互功能，其中试验台包括t型平台1、伺服加载系统及被测伺服系统，其中伺服加载系统包括伺服加载电机2、伺服加载电机支座3、联轴器4、转矩转速传感器6、转矩转速传感器支座5、套筒7、滚珠丝杠副支撑单元9、支座8、滚珠丝杠10、限转支座11、导轨13、滑块12、键17、连接板15、滚珠丝杠副螺母14、限转块16、螺母连接轴18、连接法兰20、拉压力传感器21、光栅尺19、光栅尺安装板36、直线导轨22、移动滑块23、连接件24、光栅尺读数头35及拉压力传感器输出轴29，被测伺服系统包括驱动电机25、支撑平台26、减速器27、摆动机构28、连接轴28-3、连接端一28-1、连接端二28-2、连接节32、转角仪30、转角仪支座31、微位移传感器34及微位移支座33；

所述t型平台1中，t型平台1整体呈“t”型，设置有长度、宽度两个方向的t槽通道，伺服加载电机支座3、转矩转速传感器支座5、支座8、限转支座11、直线导轨22、光栅尺安装板36、支撑平台26、转角仪支座31及微位移支座33通过紧固件与t型平台1连接固定；伺服加载电机支座3、转矩转速传感器支座5、支座8、限转支座11、直线导轨22及光栅尺安装板36设置在t型平台1长度方向一侧的t槽通道上，支撑平台26、转角仪支座31及微位移支座33设置在宽度方向的t槽通道上，转矩转速传感器支座5位于伺服加载电机支座3和支座8之间，限转支座11位于支座8和直线导轨22之间，微位移支座33位于支撑平台26和转角仪支座31的另一侧；

所述伺服加载系统中，伺服加载电机支座3设置在t型平台1上，伺服加载电机2通过紧固件与伺服加载电机支座3紧固连接，伺服加载电机2通过电机轴与联轴器4一端相连，联轴器4另一端与转矩转速传感器6相连，转矩转速传感器6通过紧固件设置在转矩转速传感器支座5上，转矩转速传感器6另一端与滚珠丝杠10；

支座8通过紧固件设置在t型平台1上，滚珠丝杠副支撑单元9通过紧固件设置在支座8上，套筒7设置在滚珠丝杠副支撑单元9内侧，滚珠丝杠10一端固定，另一端自由，固定端由滚珠丝杠副支撑单元9固定；

滚珠丝杠10与滚珠丝杠副螺母14配合，滚珠丝杠副螺母14与限转块16通过键17配合，限转块16通过紧固件设置在限转支座11上，导轨13通过紧固件设置在限转支座11的两侧，滑块12设置在导轨13上，连接板15通过紧固件设置在限转支座11两侧的滑块12上，连接板15与滚珠丝杠副螺母14的上端面通过紧固件固定，滚珠丝杠副螺母14的另一端与螺母连接轴18相连；

拉压力传感器21的一端通过连接法兰20与螺母连接轴18相连，拉压力传感器21设置在连接件24上，连接件24与设置在两侧的移动滑块23相连，设置在两侧的移动滑块23通过紧固件设置在直线导轨22上，直线导轨22设置在t型平台1上，光栅尺读数头35与一端的移动滑块23相连，光栅尺19通过紧固件设置在光栅尺安装板36上，光栅尺安装板36设置在t型平台1上，拉压力传感器21另一端通过拉压力传感器输出轴29与被测伺服系统的连接端一28-1相连；

所述被测伺服系统中，驱动电机25、减速器27及摆动机构28设置在支撑平台26上，支撑平台26、转角仪支座31及微位移支座33设置在t型平台1上，驱动电机25输出轴与减速器27相连，减速器27另一端与摆动机构28相连，摆动机构28的连接端一28-1与拉压力传感器输出轴29相连，摆动机构28的连接端二28-2与微位移传感器34相连，微位移传感器34设置在微位移支座33上，连接轴28-3通过连接节32与转角仪30相连，转角仪30设置在转角仪支座31上。

所述的伺服加载电机2、联轴器4、转矩转速传感器6、滚珠丝杠10、螺母连接轴18、拉压力传感器21、同轴连接。所述控制台包括工控机、运动控制卡及采集卡，工控机通过运动控制卡控制伺服加载电机2和驱动电机25，采集卡采集转矩转速传感器6、拉压力传感器21、微位移传感器34及转角仪30的信号并反馈给上位机形成闭环控制。

工控机设定加载模式并将控制指令发送给运动控制卡，运动控制卡对指令进行处理后发送给伺服加载电机2和驱动电机25，伺服加载电机2将输出扭矩通过滚珠丝杠10转化为直线力，进而对摆动机构28进行直线加载，驱动电机25通过减速器27完成驱动任务，同时转速传感器6、拉压力传感器21、微位移传感器34及转角仪30采集实时数据并反馈给工控机进行闭环控制，实时控制器将数据发送给上位机进行显示和存储。

本发明的工作过程：

工控机设定加载模式并将控制指令发送给运动控制卡，运动控制卡对指令进行处理后发送给伺服加载电机2和驱动电机25，伺服加载电机2将输出扭矩通过滚珠丝杠10转化为直线力，进而对摆动机构28进行直线加载，驱动电机25通过减速器27完成驱动任务，同时转速传感器6、拉压力传感器21、微位移传感器34及转角仪30采集实时数据并反馈给工控机进行闭环控制，工控机将驱动信号与反馈信号比较得出调节误差，经控制算法运算，给出调节后的电压控制信号，反复运行上述过程；

结合转速传感器6、拉压力传感器21、微位移传感器34及转角仪30，可根据被测摆动机构28的实际受载设计合适的载荷谱对机构进行模拟加载，也可实现摆动机构28的传动精度测试、机构刚度测试以及机构疲劳特性测试。

相对于现有的电液伺服加载系统因加载对象的主动运动而对加载系统所造成很强位置干扰、较大的多余力、维护不方便等问题，本发明采用伺服电机取代液压阀构成的电动加载系统具有响应快速、体积小、结构简单、成本低、控制方便、维护使用方便等优点。