[发明专利]一种单自由度大柔性负载模拟器

说明书

一种单自由度大柔性负载模拟器，其主驱动电机为驱动柔性负载的驱动装置；角度编码器安装在主驱动电机的输出端，主要用于实时测量主驱动电机的运行状态；测控计算机实现数据采集、处理，以及不同控制模型的建立和下载；柔性动力学模型解算计算机依据大柔性负载的有限元模型，建立柔性动力学模型，输入为角加速度输出为扭转力矩；电机驱动控制器和加载伺服电机共同实现对主驱动电机的负载扭矩加载。其加载指令由测控计算机向电机驱动控制器实时发送；扭矩传感器安装在加载伺服电机和主驱动电机的同轴上，用于监视加载伺服电机的扭矩输出。加载伺服电机输出扭矩与指令扭矩有偏差，将通过测控计算机向电机驱动控制器发送指令，实现力矩补偿。

技术领域

本发明涉及一种单自由度大柔性负载模拟器，可实现对大柔性负载的扭转方向动力学特性的模拟。

技术背景

由于地球重力的影响，实现柔性负载的扭转驱动控制较为困难。需要设计一种有效的柔性负载动力学模拟器，用以克服地球重力对柔性动力学特性的影响。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

本发明提供一种单自由度大柔性负载模拟器，可以实现对大柔性负载的扭转方向动力学特性的模拟。

提供一种单自由度大柔性负载模拟器，其特征在于包括：主驱动电机（1）、角度编码器（2）、测控计算机（3）、柔性动力学模型解算计算机（4）、电机驱动控制器（5）、加载伺服电机（6）和扭矩传感器（7）；

主驱动电机（1）为整个系统的主运动源，主要为驱动柔性负载的驱动装置；角度编码器（2）安装在主驱动电机（1）的输出端，主要用于实时测量主驱动电机（1）的运行状态；测控计算机（3）实现数据采集、处理，以及不同控制模型的建立和下载；柔性动力学模型解算计算机（4）为柔性负载的动力学特性模拟计算机，依据大柔性负载的有限元模型，建立柔性动力学模型，输入为角加速度输出为扭转力矩。电机驱动控制器（5）和加载伺服电机（6）共同实现对主驱动电机（1）的负载扭矩加载。其加载指令由测控计算机向电机驱动控制器实时发送。扭矩传感器（7）安装在加载伺服电机（6）和主驱动电机（1）的同轴上，用于监视加载伺服电机（6）的扭矩输出。如加载伺服电机（6）输出扭矩与指令扭矩有偏差，将通过测控计算机（3）向电机驱动控制器（5）发送指令，实现力矩补偿。

附图说明

图1为本发明实施例柔性负载示意图；

图2为本发明实施例单自由度大柔性负载模拟器系统控制框图；

图3为本发明实施例单自由度大柔性负载模拟器系统方案；

图4本发明实施例位柔性负载坐标定义。

具体实施方式

下面结合附图1～4和实施例对本发明进行详尽的描述：

参考图1为柔性负载示意图。依据大柔性负载的有限元模型，建立柔性动力学模型，输入为角加速度输出为扭转力矩。

针对主驱动电机边界固支，带柔性负载的动力学模型。其中惯性坐标系固定在主驱动电机上，随动坐标系固定在柔性负载上。系的原点在柔性负载与主驱动电机的铰接点上。

柔性负载上某一质量节点到惯性坐标系原点的矢径为：

（1）

其中，表示两个坐标系原点间的矢量位移；表示柔性负载上第个节点到点的矢径；表示第个节点的变形位移。对（1）式在惯性坐标系下求导数，可以得到柔性负载上节点的速度表达式：

（2）

其中，为随动坐标系相对于惯性坐标系的角速度。