[发明专利]一种抗干扰力矩模拟器

说明书

技术领域

本发明属于飞机设计领域，涉及一种地面试验中用于模拟发动机主泵力矩的方法。

背景技术

发动机主泵运动产生的力矩是发动机操纵系统的一项重要负载，而真实的发动机主泵成本高，不易拆装，故在地面试验中需要对主泵的力矩进行模拟。国内大多数的研究中，对力矩信号的模拟通常使用力矩电机，但力矩电机的响应时间慢，对于实时系统来说控制精度很难满足要求。另外，大多数的研究中，很少考虑到具体试验环境中的信号干扰问题。

发明内容

本发明的目的是：提供一种模拟发动机主泵力矩的方法，以解决发动机操纵系统地面试验中难以配备真实发动机主泵的问题，并提高力矩模拟器的抗干扰能力，使其能够适用于信号干扰严重的试验环境。

本发明的技术方案是：一种抗干扰力矩模拟器，其特征在于，包括数据控制采集模块、磁滞放大器、磁滞器、扭矩传感器、频率电压转换模块和信号调理模块。

各组成部分功能：

1数据控制采集模块：自主设计的数据控制采集模块作为本抗干扰力矩模拟器的核心部件，具备输出控制信号、输入采集信号、存储试验数据并与外部进行数据交互的功能。数据控制采集模块的设计，完全针对本抗干扰力矩模拟器的具体应用，能够更高效的调动资源，提高模拟精度和可靠性。输出电压范围为-5V～+5V，输入电压范围为-5V～+5V，采样率10kHz。

2磁滞放大器：用来调整磁滞制动器的力矩大小，将输入的电压量转换为电流输出，并通过驱动线路改变电流量，使磁滞制动器不再有残磁的现象。输入信号范围：直流电压（0～10）V，输出信号范围：直流电流（0～3）A。

3磁滞制动器：它利用磁滞原理，通过控制输入的激磁电流，产生一定的力矩。选用磁滞制动器作为力矩物理信号的产生方式，因为它的响应时间快，并且控制量与力矩信号之间有很好的线性关系，控制精较高。

4扭矩传感器：选用频率输出型扭矩传感器。它将力矩物理信号转换频率方波信号（电信号的一种形式）输出，频率信号在传输过程中抗干扰能力强。扭矩输入范围：（-3～+3）Nm，输出信号为频率方波信号，幅值为5V。

5角度传感器：角度传感器与磁滞制动器同轴安装，测量磁滞器转轴的旋转角度，即主泵角度。在发动机主泵力矩特性中，力矩是主泵角度的函数，故需要测量主泵角度。输出信号范围为-5V～+5V。

6频率电压转换模块：将频率方波信号转换为电压信号，输入进行了光电隔离，具有一定的抗干扰能力。

7信号调理模块：信号调理模块将力矩信号和角度信号经过放大及滤波的操作转换成采集设备能够识别的标准范围电压信号。对于幅值较小的信号，经过信号调理模块内部集成的放大器以相应放大倍数将信号放大到数据控制采集模块能够识别的范围；对于信号中的干扰，经过信号调理模块内部集成的滤波器进行滤波操作，以提高系统的抗干扰能力及可靠性。

其工作原理是：数据控制采集模块根据发动机主泵力矩特性将控制信号发送给磁滞放大器。磁滞放大器将数据控制采集模块发来的电压控制信号转换为无残磁的电流控制信号发送给磁滞制动器。磁滞制动器根据磁滞放大器输入的激磁电流线性地产生力矩。利用扭矩传感器测量磁滞制动器产生的力矩值并输出抗干扰能力强的频率方波信号。频率电压转换模块将扭矩传感器产生的频率方波信号转换成电压信号。信号调理模块将频率电压转换模块转换后的电压信号通过放大器放大及滤波器滤波后转换为可采集的标准信号范围，并将角度传感器信号进行滤波操作。经信号调理模块调理后的力矩信号和角度信号发送给数据控制采集模块。数据控制采集模块根据当前采集到的力矩信号和角度信号以及发动机主泵力矩特性调整控制输出值，形成闭环控制，以保证较高的力矩模拟精度并提高抗干扰性。

数据控制采集模块：自主设计的数据控制采集模块作为本抗干扰力矩模拟器的核心部件，具备输出控制信号、输入采集信号、存储试验数据并与外部进行数据交互的功能。数据控制采集模块的设计，完全针对本抗干扰力矩模拟器的具体应用，能够更高效的调动资源，提高模拟精度和可靠性。输出电压范围-5V～+5V，输入电压范围-5V～+5V，采样率10kHz。

数据控制采集模块，包括微控制单元、RS232通讯模块、数字模拟转换器、D型九针插头、BNC接口、模拟数字转换器、静态随机存储器和电源，

数据采集模块各部分功能：