[发明专利]一种基于电液数字阀的飞机舵机负载模拟器

说明书

一种基于电液数字阀的飞机舵机负载模拟器。其包括控制器、电液数字阀、液压缸、力传感器、橡胶金属缓冲弹簧和位置传感器；本发明优点：可实现直接数字信号控制：采用电液数字控制方式，设置电液数字阀为负载模拟器的控制元件，从原理上消除了数模转换环节；不产生滞环、零偏和量化误差：利用永磁同步电机作为电液数字阀中驱动器的核心元件，将电信号转化为电机旋转角度输出，使液压阀可以接收连续输入信号，即消除了传统步进电机由于开关状态转换导致的误差；加载精度和跟踪性能好：由于作为控制元件的电液数字阀对执行元件的精确控制，可提高飞机舵机负载模拟器的控制性能。

技术领域

本发明属于液压控制系统设计与仿真技术领域，特别是涉及一种基于电液数字阀的飞机舵机负载模拟器。

背景技术

飞机舵机负载模拟器既是实验室舵机试验的专用设备，又是新一代飞行控制地面仿真系统的重要组成部分。随着我国民用航空的不断发展，针对飞机舵机负载模拟器的工作性能提出了更高的标准及要求。

传统的飞机舵机负载模拟器主要由电液伺服阀、液压缸、传感器、缓冲弹簧及舵机组成，因此提高控制性能的关键在于提高作为控制元件的电液控制阀的性能。目前，应用于飞机舵机负载模拟器中的控制阀多为伺服阀、比例阀等，一方面只能接受模拟信号控制，在信号接收与传递过程中的多次数/模转换会导致系统产生误差并不断放大。另一方面，机电系统中均存在滞环、零偏现象，导致阀芯与控制信号之间存在严重非线性。已有的高速开关阀和2D数字伺服阀等虽然采用了阀芯直接驱动技术，但是阀芯接收到驱动器的脉冲信号后会进行开、关状态转换，而且输入为离散信号还会导致一定的量化误差，从而降低控制阀的控制精度，进而严重影响飞机舵机负载模拟器的控制性能和跟踪精度。

因此，设计控制精度高的电液数字阀，并将其应用在飞机舵机负载模拟器中是当前迫切需要解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于设计一种基于电液数字阀的飞机舵机负载模拟器。

为了达到上述目的，本发明提供的基于电液数字阀的飞机舵机负载模拟器包括：控制器、电液数字阀、液压缸、力传感器、橡胶金属缓冲弹簧和位置传感器；其中，所述的电液数字阀与液压缸上缸体的腔体相连通；液压缸上活塞杆的外端与橡胶金属缓冲弹簧的一端相连，橡胶金属缓冲弹簧的另一端通过连接杆与飞机舵机相接；力传感器安装在液压缸的活塞杆上；位置传感器连接在飞机舵机上；控制器分别与电液数字阀、力传感器和位置传感器电连接。

所述的控制器采用IEI WS-855GS型工业控制计算机。

所述的电液数字阀包括驱动器与液压阀，其中驱动器包括永磁同步电机和滚珠丝杠；永磁同步电机与控制器电连接，输出端与滚珠丝杠的一端相连；液压阀包括阀芯和阀体；阀体设置在滚珠丝杠的另一端外侧且与液压缸上的缸体并排设置，圆周面一侧中部间隔设有第一控制口和第二控制口，并且第一控制口和第二控制口分别与液压缸上缸体的左腔和右腔相连通，另一侧中间部位设有进油口，进油口两侧部位设有第一回流口和第二回流口，并且进油口、第一回流口和第二回流口均通过液压油管路与油箱相连接；阀芯设置在阀体的腔体中，一端与滚珠丝杠的另一端相连接，中部圆周面上间隔设有第一台肩和第二台肩。

所述的第一台肩和第二台肩的外侧面间的距离大于第一控制口和第二控制口间的最大距离，同时第一台肩和第二台肩的内侧面间的距离小于第一控制口和第二控制口间的最小距离。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

(1)可实现直接数字信号控制：采用电液数字控制方式，设置电液数字阀为负载模拟器的控制元件，从原理上消除了数模转换环节；

(2)不产生滞环、零偏和量化误差：利用永磁同步电机作为电液数字阀中驱动器的核心元件，将电信号转化为电机旋转角度输出，使液压阀可以接收连续输入信号，即消除了传统步进电机由于开关状态转换导致的误差；