一种非接触式力矩马达位移测量系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种非接触式力矩马达位移测量系统及方法，涉及力矩马达位移测量领域，所述测量系统包括力矩马达、高/低温试验箱、半实物仿真平台、放大器、驱动器。所述测试方法是通过电流系数和位移系数来建立衔铁位移与感生电动势、驱动信号之间关系，间接求解出位移，电流系数和位移系数的辨识步骤包括：建立感生电动势与衔铁位移、驱动信号之间的数学关系；设定2组实验，采集实验数据；数据处理及信号的函数拟合；辨识电流系数和位移系数；参数准确性验证。本发明专利技术所提出的一种非接触式力矩马达位移测量系统及方法具有简单、成本低，适用于振动、高温、低温等应用场景，可随系统在线进行测量等优势。测量等优势。测量等优势。

【技术实现步骤摘要】
一种非接触式力矩马达位移测量系统及方法


[0001]本专利技术涉及力矩马达位移测量
，尤其涉及一种非接触式力矩马达位移测量系统及方法。

技术介绍

[0002]电液伺服阀是电液伺服控制系统中的一种微小精密控制元件，广泛应用于飞机飞控舵翼面、前轮转弯、电子防滑刹车、雷达随动、舱门收放、进气道调节、导弹伺服机构、发动机主燃油计量、主燃泵伺服机构、导叶和压气机角度、加力计量、尾喷口、矢量喷管等。
[0003]在双喷嘴挡板伺服阀或者射流偏导板伺服阀中，力矩马达是伺服阀的电
‑
机转换装置，将微弱的线圈电信号转换成衔铁的偏转运动，带动挡板或者偏导板运动，输出差动的前置级压差，驱动下一级滑阀运动。衔铁的运动状态直接关系前置级压差，因此有必要对衔铁的运动状态进行检测，目前常用的检测方式是使用激光位移传感器结合衔铁的加长装置对衔铁的运动位移进行检测，由于目前激光位移传感器无法耐受高温，该方法只适合在实验室静态检测，高低温试验环境下激光传感器无法检测。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提供的一种非接触式力矩马达位移测量系统及方法，可以在高低温等环境下非接触的在线测量衔铁的位移，操作简便，测量结果较佳。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]本专利技术公开了一种非接触式力矩马达位移测量系统及方法，测量系统包括：力矩马达、高/低温试验箱、半实物仿真平台、放大器、驱动器；
[0007]所述力矩马达，包括感应线圈、上导磁体、衔铁、下导磁体、激励线圈、磁钢，所述磁钢安置在下导磁体上，所述上导磁体安置在磁钢上方，所述衔铁安置在上导磁体和下导磁体之间，构成一个完整的磁路；
[0008]进一步的，所述放大器的放大倍数可调，具有滤波功能，根据感应线圈输出的信号大小对放大倍数进行调节，适应半实物仿真平台的采集限制；
[0009]进一步的，所述驱动器可以将微弱的控制信号放大成具有一定功率的电压驱动信号或电流驱动信号；
[0010]进一步的，所述力矩马达放置在高/低温试验箱中，半实物仿真平台输出交变的控制信号经过驱动器输出驱动信号给激励线圈，衔铁在激励线圈产生的激励磁场作用下，做相对应的偏转运动，输出位移，从而切割磁感线，在感应线圈中产生感生电动势信号，经过放大器放大设定倍数并由半实物仿真平台采集，将标定准确的电流系数k
i
，位移系数k
x
，带入下式，结合感生电动势信号和驱动信号计算得到衔铁的位移x(t)；e(t)为感生电动势，k
i
为电流系数，k
x
为位移系数，i(t)为控制电流；
[0011][0012]进一步的，所述电流系数k
i
和所述位移系数k
x
的标定辨识步骤如下：
[0013]步骤1：建立感生电动势与衔铁位移、驱动信号之间的数学关系；
[0014]推导过程是，在伺服阀力矩马达的磁路特性的研究中，一般将力矩马达磁路进行简化，结合基尔霍夫定律进行分析，如下式所示：
[0015]φ1R1+φ3R3＝2M0+N
c
i(t)
[0016]φ2R2+φ4R4＝2M0‑
N
c
i(t)
[0017]φ1R1+φ4R4＝M0[0018]φ1+φ2‑
φ3‑
φ4＝0
[0019]φ1＝φ3,φ2＝φ4[0020]式中：R
i
为气隙处磁阻(i＝1,2,3,4)，Φ
i
为磁通量(i＝1,2,3,4)；M0为单个永磁体的极化磁动势；N
c
为线圈匝数；i(t)为控制电流。
[0021]求解得Φ1、Φ2为：
[0022][0023][0024][0025][0026]式中，控制电流i(t)产生的磁通为Φ
c
，R
g
、Φ
g
为衔铁中位四个气隙中每个气隙的磁阻和磁通，x(t)为衔铁的运动位移，g为初始气隙高度。
[0027]因为x(t)＜＜g，所以通过衔铁的磁通Φ
a
可以表示为：
[0028][0029]所述感生电动势e(t)可表示为：
[0030][0031]式中，k
i
为电流系数，k
x
为位移系数。
[0032]步骤2：设定2组实验，采集实验数据；
[0033]所述2组实验数据均包括：得到驱动信号
‑
时间数据关系曲线i
A
(t)、i
B
(t)；位移信号
‑
时间数据关系曲线x
A
(t)、x
B
(t)、感生电动势信号
‑
时间数据的关系曲线e
A
(t)、e
B
(t)三种；
[0034]所述位移信号
‑
时间数据关系曲线通过激光位移传感器采集，在衔铁左端安装一个加长测点，衔铁的偏转运动转换成加长测点的偏转运动，激光位移传感器发射的激光直接投影在加长测点上。
[0035]步骤3：数据处理及信号的函数拟合；
[0036]基于步骤2中的实验数据，用函数分别拟合驱动信号
‑
时间数据关系曲线i
A
(t)、i
B
(t)和位移信号
‑
时间数据关系曲线x
A
(t)、x
B
(t)，并带入步骤1中的感生电动势e(t)计算公式，得到2组感生电动势信号
‑
时间数据的关系曲线e
A
(t)和e
B
(t)如下所示：
[0037][0038][0039]步骤4：辨识电流系数k
i
，位移系数k
x
；
[0040]基于步骤1中的感生电动势e(t)计算公式，在Simulink中建立感生电动势的数学模型，利用实验测得的相对应工况下的感生电动势，基于最小二乘法，辨识得到电流系数k
i
，位移系数k
x
。
[0041]步骤5：参数准确性验证；
[0042]验证过程是：将步骤4中辨识得到的电流系数k
i
，位移系数k
x
带入步骤1中感生电动势e(t)的表达式中，分别设定C和D两组驱动信号下的实验，采集并拟合相对应的驱动信号
‑
时间数据关系曲线i
C
(t)、i
D
(t)和位移信号
‑
时间数据关系曲线x
C
(t)、x
D
(t)，带入步骤1中感生电动势e(t)的表达式中，计算得到感生电动势
‑
时间数据关系曲线e
C
(t)，e
D
(t)，同实验采集到的感生电动势
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非接触式力矩马达位移测量系统，其特征在于，包括力矩马达(1)、高/低温试验箱(2)、半实物仿真平台(3)、放大器(4)、驱动器(5)；所述力矩马达(1)包括感应线圈(1.1)、上导磁体(1.2)、衔铁(1.3)、下导磁体(1.4)、激励线圈(1.5)、磁钢(1.6)，所述磁钢(1.6)安置在下导磁体(1.4)上，所述上导磁体(1.2)安置在磁钢(1.6)上方，所述衔铁(1.3)安置在上导磁体(1.2)和下导磁体(1.4)之间，构成一个完整的磁路。2.根据权利要求1所述的所述一种非接触式力矩马达位移测量系统，其特征在于，放大器(4)的放大倍数可调，具有滤波功能，根据感应线圈(1.1)输出的信号大小对放大倍数进行调节，适应半实物仿真平台(1)的采集限制。3.根据权利要求1所述的所述一种非接触式力矩马达位移测量系统，其特征在于，所述驱动器(5)具有多模式输出，可将微弱的控制信号放大成具有一定功率的电压驱动信号或电流驱动信号。4.一种非接触式力矩马达位移测量方法，使用如权利要求1～3任意一项所述的非接触式力矩马达位移测量系统，其特征在于，所述力矩马达(1)放置在高/低温试验箱(2)中，半实物仿真平台(3)输出交变的控制信号经过驱动器5输出驱动信号给激励线圈(1.5)，衔铁(1.3)在激励线圈(1.5)产生的激励磁场作用下，做相对应的偏转运动，输出位移，从而切割磁感线，在感应线圈(1.1)中产生感生电动势信号，经过放大器(4)放大设定倍数并由半实物仿真平台(3)采集，将标定准确的电流系数k
i
，位移系数k
x
，带入式(1)，结合感生电动势信号和驱动信号计算得到衔铁(1.3)的位移x(t)；5.根据权利要求4所述的一种非接触式力矩马达位移测量方法，其特征在于，所述电流系数k
i
和所述位移系数k
x
的标定辨识步骤如下：步骤1：建立感生电动势与衔铁位移、驱动信号之间的数学关系；感生电动势e(t)可表示为：式中，k
i
为电流系数，k
x
为位移系数，N
c
为线圈匝数；i(t)为控制电流，R
g
、Φ
g
为衔铁中位四个气隙中每个气隙的磁阻和磁通，x(t)为衔铁的运动位移，g为初始气隙高度；步骤2：设定2组实验，采集实验数据；所述2组实验数据均包括：驱动信号
‑
时间数据i(t)、位移信号
‑
时间数据x(t)、感生电动势信号
‑
时间数据e(t)三种；所述位移信号
‑
时间数据x(t)通过激光位移传感器(7)采集，在衔铁(1.3)左端安装一个加长测点(6)，衔铁(1.3)的偏转运动转换成加长测点(6)的偏转运动，激光位移传感器(7)发射的激光直接投影在加长测点(6)上；步骤3：数据处理及信号的函数拟合；基于步骤2中的实验数据，用函数分别拟合驱动信号
‑
时间数据i
A
(t)、i
B
(t)和位移信号
‑
时间数据x
A
(t)、x
B
(t)，并带入步骤1中的感生电动势e(t)计算公式，得到2组感生电动...

【专利技术属性】
技术研发人员：江裕雷，葛声宏，孙镇辉，原佳阳，
申请(专利权)人：中航工业南京伺服控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：