[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种操纵杆驱动试验装置及其控制方法。

背景技术

侧杆操纵机构在民用飞机上的应用是一个明显的趋势。相对于传统的中央杆/盘操纵方式，侧杆操纵杆具有如下优势：重量轻、节省安装空间、易于拆卸从而降低维护成本、降低飞行员工作负荷等。空客系列飞机驾驶舱操纵系统采用了被动式侧杆机构作为横滚、俯仰系统的操纵输入，驾驶员通过控制侧杆的横向、纵向运动实现对飞机相关轴的控制。

侧杆操纵杆的引入对侧杆的试验方法和设备也提出了新的要求。在适航验证试验、地面模拟试验中，需要驱动侧杆来完成侧杆操纵力-位移特性试验、频响试验、阶跃响应试验等项目，并且还需要进行飞行试验中的故障复现等工作。因此需通过可控性强、精度高、稳定性好的驱动机构驱动侧杆进行指定形式的运动，以满足地面模拟试验的要求。

现有的侧杆驱动机构为单一自由度操纵杆驱动机构如图6示例性所示，直线作动器61通过连接夹具驱动单一自由度操纵杆62进行前后运动，实现对操纵杆62的单自由度驱动。

由于侧杆机构同时具有两个轴向的运动自由度，是一种典型的二自由度操纵杆，采用传统的单一自由度的驱动机构无法实现两个轴向之间的耦合运动，无法验证侧杆轴向控制指令交叉耦合对飞机控制的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有设计中所存在的上述缺点，提供一种新的二自由度操纵杆驱动装置。

为了达到上述目的，本发明的操纵杆驱动试验装置包括有机械部分，所述机械部分提供二自由度操纵杆的安装及运动台架，从而使得二自由度操纵杆可靠、稳定地安装在运动平台上。

所述机械部分包括机械台体、外框、内框、操纵杆夹具、应力消除机构。

机械台体用于安装二自由度操纵杆及内、外框。外框转轴固定于机械台体，所述外框的转轴与二自由度操纵杆俯仰或者横滚转轴相交于二自由度操纵杆的枢转点，优选采用圆框或者方框(包括全框和部分框)的形式，优选通过设置在外框上的外框电机驱动俯仰或者横滚方向运动，这里所说的“俯仰”是指飞机的低头下降(俯)、抬头上升(仰)运动，即对应于外框的枢转运动，“横滚”对应于内框的枢转摆动。内框转轴安装于外框，所述内框的转轴与二自由度操纵杆横滚(或者俯仰)转轴相交于二自由度操纵杆的枢转点，优选采用圆框或者方框(包括全框和部分框)的形式，优选通过设置在内框上的内框电机驱动横滚(或者俯仰)方向运动。操纵杆夹具用以实现二自由度操纵杆与内框之间的过渡连接，操纵杆夹具与操纵杆手柄固定连接。应力消除机构采用仅有一个轴向运动自由度的连接组件，用于连接内框和操纵杆夹具，用以消除在运动过程中由机械误差引起的内框与操纵杆夹具之间的应力，使得操纵杆夹具在内框连接处只能上下运动而不能左右运动。优选地，所述应力消除机构是由滑动轴承或滚动轴承和轴套构成的连接组件。

优选地，所述二自由度操纵杆驱动试验装置在所述内、外框连接处和所述外框与所述机械台体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。

优选地，所述二自由度操纵杆驱动试验装置还包括测控系统，所述测控系统实现对操纵杆的二自由度控制，对操纵杆力-位移特性、输出信号特性的检测。所述测控系统包括上位机、控制系统和测试系统。所述机械部分与所述测控系统的结合通过电机控制器与所述内、外框电机连接实现。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，所述上位机优选采用个人计算机(PC机)。所述控制系统根据试验要求，由自身或者外部激励信号发出对内、外框电机的控制指令，实时采集内、外框电机的力、位移、速度反馈，对内、外框电机进行力、位移、速度闭环控制，并实现两个电机的耦合运动，优选地，所述控制系统包括信号源、电机控制器、数/模转换卡(D/A卡)、模/数转换卡(A/D卡)、角度解码器、以太网、控制应用程序。所述测试系统在二自由度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，优选地，所述测试系统包括模/数转换卡(A/D卡)、数字量输入输出卡(DIO)、旋转可变差动传感器(RVDT)激励/解调、测试应用程序。

本发明主要是由电脑或者上位机控制板输入控制指令从而实现对两个电机的控制，分别驱动二自由度操纵杆进行俯仰和横滚方向运动，实现对操纵杆的二自由度耦合控制。其可作为一个二自由度操纵杆的驱动装置。