[发明专利]一种二自由度操纵杆驱动试验装置及其控制方法

权利要求书

1.一种二自由度操纵杆驱动试验装置，包括有机械部分，所述机械部分包括机械台体(1)、外框(21)、内框(31)、操纵杆夹具(4)、应力消除机构(5)，其中，

所述机械台体(1)用于安装所述操纵杆(6)及所述内框(31)和所述外框(21)；

所述外框(21)可枢转地固定于所述机械台体(1)上，所述外框(21)的转轴与所述操纵杆(6)的转轴相交于所述操纵杆(6)的枢转点；

所述内框(31)可枢转地安装于所述外框(21)，所述内框(31)的转轴与所述操纵杆(6)的转轴相交于所述操纵杆(6)的枢转点；

所述操纵杆夹具(4)用以实现所述操纵杆与所述内框(31)之间的过渡连接，所述操纵杆夹具(4)与操纵杆手柄(7)固定连接；

所述应力消除机构(5)，用于连接所述内框(31)和所述操纵杆夹具(4)，用以消除在运动过程中由机械误差引起的所述内框(31)与所述操纵杆夹具(4)之间的应力。

2.如权利要求1所述的二自由度操纵杆驱动试验装置，其特征在于，所述驱动试验装置在所述内框(21)与所述外框(31)的连接处和所述外框(31)与所述机械台体(1)的连接处设置有机械止动块，防止在所述操纵杆运动过程中产生急偏而破坏。

3.如权利要求1或2所述的二自由度操纵杆驱动试验装置，其特征在于，所述应力消除机构(5)是仅有一个轴向运动自由度的结构。

4.如权利要求3所述的二自由度操纵杆驱动试验装置，其特征在于，所述应力消除机构(5)是带有滑动轴承和轴套或者滚动轴承和轴套的结构。

5.如权利要求1-4之一所述的二自由度操纵杆驱动试验装置，其特征在于，在所述外框(21)上设置有外框电机(22)，用于实现所述外框(21)的枢转。

6.如权利要求1-5之一所述的二自由度操纵杆驱动试验装置，其特征在于，在所述内框(31)上设置有内框电机(32)，用于实现所述内框(31)的枢转。

7.如权利要求1-6之一所述的二自由度操纵杆驱动试验装置，其特征在于，所述外框(21)、所述内框(31)采用圆框或者方框的形式。

8.如权利要求1-7之一所述的二自由度操纵杆驱动试验装置，其特征在于，所述二自由度操纵杆驱动试验装置还包括测控系统，所述测控系统包括上位机、控制系统和测试系统，其中，

所述上位机的功能包括键盘输入、LCD显示、数据通讯和电源电压检测、进行数据交互及远程监控；所述控制系统由自身或者外部激励信号发出对所述内框电机和所述外框电机的控制指令，实时采集所述内框电机和所述外框电机的力、位移、速度反馈，对所述内、外框电机进行力、位移、速度闭环控制，并实现所述内、外框电机的耦合运动；所述测试系统在所述操纵杆运动过程中，实时采集操纵杆操纵力、操纵位移、输出电信号，并绘制试验曲线，分析试验结果。

9.如前述权利要求8所述的二自由度操纵杆驱动试验装置，其特征在于，所述上位机采用个人计算机。

10.如前述权利要求8或9所述的二自由度操纵杆驱动试验装置，其特征在于，所述控制系统包括信号源、内框电机控制器、外框电机控制器、模/数转换卡、数/模转换卡、角度解码器、以太网、控制应用程序，所述机械部分与所述测控系统的结合通过内、外框电机控制器与所述内、外框电机连接实现。

11.如前述权利要求8-10之一所述的二自由度操纵杆驱动试验装置，其特征在于，所述测试系统包括模/数转换卡、数字量输入输出卡、旋转可变差动传感器激励/解调、测试应用程序。

12.一种二自由度操纵杆驱动试验装置的控制方法，所述二自由度操纵杆驱动试验装置被配置成如权利要求10或11所述的结构，其中，所述控制方法包括如下步骤：

a)通过信号源向外框电机控制器发送控制指令；

b)外框电机控制器将控制指令输入至外框电机驱动器，驱动所述外框电机(22)转动；

c)外框电机控制器根据所述外框电机(22)本身的位置传感器经测速板后，得到所述外框电机(22)的转速信号，将其作为外框电机转动频率的反馈值输入至外框电机控制器，实现所述外框(21)的速度闭环控制；

d)外框电机控制器根据所述外框电机(22)上的角度编码器确定所述外框(21)的位置，将其作为所述外框(21)的位置反馈信号输入至外框电机控制器，实现所述外框(21)的位置闭环控制；

e)外框电机控制器根据所述外框电机(22)与所述外框(21)之间的扭矩传感器，测试所述二自由度操纵杆的操纵力矩，并作为力限制保护的反馈值，实时监测所述二自由度操纵杆在运动过程中操纵力；

f)由外框电机控制器对所述外框(21)运动周期进行计数；

g)通过信号源向内框电机控制器发送控制指令；

h)内框电机控制器将控制指令输入至内框电机驱动器，驱动所述内框电机(32)转动；

i)内框电机控制器根据所述内框电机(32)本身的位置传感器经测速板后，得到所述内框电机(32)的转速信号，将其作为内框电机转动频率的反馈值输入至内框电机控制器，实现所述内框(31)的速度闭环控制；

j)内框电机控制器根据角度编码器确定所述内框(31)的位置，将其作为内框位置的反馈信号输入至内框电机控制器，实现所述内框(31)的位置闭环控制；

k)内框电机控制器根据所述内框电机(32)与所述内框(31)之间的扭矩传感器，测试所述二自由度操纵杆的操纵力矩，并作为力限制保护的反馈值，实时监测所述二自由度操纵杆在运动过程中的操纵力；

l)由内框电机控制器对所述内框(31)运动周期进行计数；

m)在所述二自由度操纵杆整个运动过程中，通过所述内、外框上角度编码器及扭矩传感器的测试值，便可得到所述二自由度操纵杆运动的操纵力、位移特性。