董科銳，段富海，胡武揚(yáng)（大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧大連　116023）

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舵機(jī)加載系統(tǒng)及其伺服驅(qū)動(dòng)器控制參數(shù)設(shè)置方法**航空科學(xué)基金資助項(xiàng)目（編號(hào)：20130863006）

董科銳，段富海，胡武揚(yáng)
（大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧大連116023）

摘要：研制了某型直升機(jī)并聯(lián)舵機(jī)自動(dòng)加載測(cè)試系統(tǒng)，用帶編碼器的交流伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)電動(dòng)加載。為解決舵機(jī)有限轉(zhuǎn)角小旋轉(zhuǎn)扭矩的精準(zhǔn)動(dòng)態(tài)加載問(wèn)題，伺服驅(qū)動(dòng)器控制參數(shù)設(shè)置非常關(guān)鍵。在簡(jiǎn)述測(cè)試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和伺服驅(qū)動(dòng)器選型的基礎(chǔ)上，詳細(xì)介紹了電機(jī)控制模式、電機(jī)轉(zhuǎn)速限制方法、電機(jī)手動(dòng)操作界面、編碼器分頻脈沖設(shè)定、閉環(huán)復(fù)合控制實(shí)現(xiàn)等伺服驅(qū)動(dòng)器控制參數(shù)的設(shè)置方法。實(shí)物驗(yàn)證表明：加載測(cè)試系統(tǒng)扭矩和位置控制精度均較高，可滿足測(cè)試要求。

關(guān)鍵詞：并聯(lián)舵機(jī)；自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)；交流伺服驅(qū)動(dòng)器；加載伺服電機(jī)

0　引言

舵機(jī)是直升機(jī)飛行操縱與控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。根據(jù)控制信號(hào)的大小與極性，它以一定速率，輸出角位移，帶動(dòng)直升機(jī)操縱桿系運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而控制直升機(jī)旋翼或尾翼槳葉槳距變化，通過(guò)空氣動(dòng)力變化，控制直升機(jī)的飛行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)直升機(jī)的操縱與控制[1]。舵機(jī)在直升機(jī)實(shí)際飛行過(guò)程中需要承受通過(guò)液壓助力器來(lái)的空氣動(dòng)力及其力矩作用?？諝鈩?dòng)力及其力矩隨著直升機(jī)飛行高度、速度、姿態(tài)等飛行狀態(tài)的不同而變化，最終呈現(xiàn)為舵機(jī)的動(dòng)態(tài)交變負(fù)載。舵機(jī)性能直接影響直升機(jī)整體的飛行性能，而舵機(jī)的帶載能力是舵機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。在試驗(yàn)室條件下對(duì)舵機(jī)施加載荷，模擬直升機(jī)在空中飛行時(shí)舵機(jī)輸出軸所受到的動(dòng)態(tài)負(fù)載，對(duì)舵機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際工作性能進(jìn)行考核驗(yàn)證，是舵機(jī)產(chǎn)品檢驗(yàn)和進(jìn)行飛控系統(tǒng)動(dòng)態(tài)半物理仿真試驗(yàn)必備程序，因此舵機(jī)的負(fù)載模擬非常重要。

傳統(tǒng)的手動(dòng)機(jī)械加載舵機(jī)測(cè)試方式，測(cè)量精度不高，加載力矩不能連續(xù)，不僅耗時(shí)費(fèi)力，而且人為很多因素會(huì)影響測(cè)試結(jié)果的可信度。因此迫切需要改為自動(dòng)加載，而自動(dòng)加載的電液伺服加載、磁粉制動(dòng)式加載存在一定的缺陷，目前電動(dòng)加載因加載精度高、轉(zhuǎn)矩的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)控制方便，成為發(fā)展趨勢(shì)[2-3]。為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試與自動(dòng)扭矩加載，解決舵機(jī)有限轉(zhuǎn)角小旋轉(zhuǎn)扭矩的精準(zhǔn)動(dòng)態(tài)加載問(wèn)題，采用電動(dòng)加載方式研制了直升機(jī)并聯(lián)電動(dòng)操縱舵機(jī)綜合自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。通過(guò)與直流力矩電機(jī)對(duì)比分析，選用成熟的三相交流伺服電機(jī)加載方案，其中交流伺服驅(qū)動(dòng)器控制參數(shù)設(shè)置具有重要的作用。

本文在簡(jiǎn)述加載測(cè)試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和伺服驅(qū)動(dòng)器的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)闡述了AC伺服驅(qū)動(dòng)器控制參數(shù)設(shè)置方法，包括電機(jī)控制模式、電機(jī)轉(zhuǎn)速限制方法、電機(jī)手動(dòng)操作界面、編碼器分頻脈沖設(shè)定、模糊PID閉環(huán)控制的實(shí)現(xiàn)等，期望與其他交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)者分享，并能提供借鑒。

1　測(cè)試系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

1.1硬件結(jié)構(gòu)

測(cè)試對(duì)象直升機(jī)并聯(lián)電動(dòng)操縱舵機(jī)主要由電機(jī)、減速器、蝸桿機(jī)構(gòu)、電磁離合器、微動(dòng)行程開(kāi)關(guān)等組成，其輸出軸為慢速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

舵機(jī)加載測(cè)試系統(tǒng)用于測(cè)試舵機(jī)在空載及不同負(fù)載下的性能，主要測(cè)試內(nèi)容包括舵機(jī)空載和加載時(shí)的電壓、電流，輸出軸的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速、行程和扭矩等參量。由加載臺(tái)、電氣控制柜和連接電纜構(gòu)成，圖1為測(cè)試系統(tǒng)工作原理圖。

圖1　并聯(lián)舵機(jī)測(cè)試系統(tǒng)工作原理圖

選用工控機(jī)和2塊阿爾泰的多功能數(shù)據(jù)采集卡作為控制和測(cè)量平臺(tái)。選用三相交流伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、扭矩傳感器、編碼器構(gòu)成加載系統(tǒng)，組成完整的舵機(jī)自動(dòng)加載測(cè)試系統(tǒng)。測(cè)試控制平臺(tái)采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以工控機(jī)為核心運(yùn)行檢測(cè)軟件，實(shí)現(xiàn)舵機(jī)的綜合自動(dòng)測(cè)試。測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)單元控制加載電機(jī)扭矩輸出；通過(guò)多功能數(shù)據(jù)采集卡采集各種設(shè)備反饋的信號(hào)，包括舵機(jī)電機(jī)及舵機(jī)離合器的電流和電壓信號(hào)、扭矩傳感器信號(hào)、編碼器脈沖信號(hào)等；通過(guò)電動(dòng)力矩加載系統(tǒng)模擬舵機(jī)受到的力矩載荷，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加載舵機(jī)，并通過(guò)手動(dòng)加載校核自動(dòng)加載精度，消除多余力矩的影響。

自左至右安裝并聯(lián)舵機(jī)、舵機(jī)搖臂、搖臂夾、手動(dòng)加載盤、離合器、聯(lián)軸器、扭矩傳感器、加載電機(jī)、編碼器等，構(gòu)成加載軸系。軸系各部件應(yīng)盡量體積小、重量輕。軸系材料應(yīng)選彈性模量高的輕型材料，以提高固有頻率，減小多余扭矩。測(cè)試系統(tǒng)的精度在很大程度上取決于加載系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)的精度。加載電機(jī)通過(guò)法蘭固定在箱體上，其輸出軸與舵機(jī)軸在同一軸線，因此在裝配時(shí)，要保證各部分的同軸度和垂直度在誤差允許范圍內(nèi)，這樣才能提高系統(tǒng)的加載精度，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確加載。

圖2　舵機(jī)加載臺(tái)架結(jié)構(gòu)圖

1.2軟件結(jié)構(gòu)

軟件的運(yùn)行環(huán)境選為Windows 7.0圖形視窗操作系統(tǒng)，選用美國(guó)NI(National Instrument)公司的LabVIEW2013圖形化編程語(yǔ)言（Graphics Lan?guage，G語(yǔ)言）進(jìn)行設(shè)備軟件開(kāi)發(fā)[4-5]。

將測(cè)試測(cè)量程序劃分3個(gè)層次，即主VI、功能層和最底層的驅(qū)動(dòng)層。LabVIEW已經(jīng)提供了常用的底層驅(qū)動(dòng)功能，如數(shù)據(jù)采集設(shè)備的驅(qū)動(dòng)、文件讀寫驅(qū)動(dòng)、VISA驅(qū)動(dòng)等，因此，舵機(jī)自動(dòng)加載測(cè)試系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)主要在主VI和功能層。主VI是最高一層，它主要通過(guò)界面為程序提供必要的信息，并且接收需要的信息以及調(diào)用下層VI。依據(jù)主VI設(shè)計(jì)功能層，功能層采用自頂向下的設(shè)計(jì)方式，逐步使用子VI去實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能模塊。

將測(cè)試主界面（主VI）劃分為舵機(jī)控制、加載電機(jī)控制、試驗(yàn)控制、試驗(yàn)監(jiān)控和試驗(yàn)記錄5個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域下又有若干測(cè)試子項(xiàng)。舵機(jī)自動(dòng)加載測(cè)試系統(tǒng)的交互界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3。

圖3　舵機(jī)自動(dòng)加載測(cè)試系統(tǒng)的交互界面

2　伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器的選型

加載測(cè)試系統(tǒng)旨在給舵機(jī)精準(zhǔn)扭矩加載，要求加載扭矩精度為±0.1N·m，旋轉(zhuǎn)位置控制精度為±0.1°，據(jù)此進(jìn)行加載電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器選型。對(duì)交流伺服電機(jī)與直流力矩電機(jī)兩種扭矩加載方案進(jìn)行了對(duì)比，各有優(yōu)缺點(diǎn)。

直流力矩電機(jī)是伺服電機(jī)的一種，其最大的優(yōu)點(diǎn)是具有線性的機(jī)械特性，低轉(zhuǎn)速、恒力矩、能承受一定時(shí)間的堵轉(zhuǎn)運(yùn)行，但直流力矩電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，力矩波動(dòng)顯著，表1給出了GJB971A-1999永磁式直流力矩電動(dòng)機(jī)通用規(guī)范和某企業(yè)直流電機(jī)力矩波動(dòng)系數(shù)。

根據(jù)舵機(jī)最大檢測(cè)扭矩，選用額定輸出扭矩為約30 N·m的加載電機(jī)，對(duì)應(yīng)的機(jī)座號(hào)為160 mm左右，扭矩波動(dòng)系數(shù)在6%以上，雖然通過(guò)閉環(huán)控制可提高一些，但總體來(lái)講滿足加載精度要求困難。另外直流力矩電機(jī)是特種電機(jī)，成本較高，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，沒(méi)有成熟配套的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，不帶編碼器，需要解決編碼器安裝問(wèn)題，需采用兩條軸線安裝方式，中間過(guò)渡機(jī)構(gòu)必然引起誤差。

交流伺服電機(jī)應(yīng)用遠(yuǎn)比直流力矩電機(jī)廣泛和成熟。雖然交流伺服電機(jī)的機(jī)械特性為非線性，但舵機(jī)加載系統(tǒng)只使用0～11 r/min的線性段，輸出軸有限轉(zhuǎn)角（±40°），要求重點(diǎn)保證小旋轉(zhuǎn)扭矩時(shí)的加載精度。交流伺服電機(jī)及其伺服驅(qū)動(dòng)器為商業(yè)貨架產(chǎn)品(COTS，Commercial Off-The-Shelf)，有現(xiàn)貨，供貨周期短且有成功使用案例，而且交流伺服電機(jī)自帶編碼器，這使得自動(dòng)測(cè)試舵機(jī)轉(zhuǎn)向和脈沖計(jì)數(shù)變得很方便。

綜上所述，選定采用日本YASKAWA交流伺服加載方案，配置為：帶20位增量型編碼器的三相交流伺服電機(jī)SGMGV-44ADC61、伺服驅(qū)動(dòng)器SGDV-330A01A和配套使用的智能電子變壓器SYK-SV55KVA，交流伺服電機(jī)輸出功率為4.5 kW，額定扭矩28.4 N·m，扭矩控制精度1%。

表1　GJB971A-1999和某企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定直流電機(jī)力矩波動(dòng)系數(shù)

3　伺服驅(qū)動(dòng)器的控制參數(shù)設(shè)置方法

SGDV-330A01A伺服驅(qū)動(dòng)器最大適用電機(jī)容量為5 kW，可接收模擬量電壓指令或脈沖序列指令，可驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)型伺服電機(jī)?？赏ㄟ^(guò)面板操作器來(lái)設(shè)置伺服驅(qū)動(dòng)器控制參數(shù)，選擇適當(dāng)?shù)目刂品绞?，進(jìn)而使伺服驅(qū)動(dòng)器達(dá)到所要求的工作狀態(tài)。伺服驅(qū)動(dòng)器包括輸入輸出信號(hào)端口（CN1）、編碼器連接端口(CN2)等[6]。CN1端口是上位機(jī)指令輸入端或順控輸入輸出信號(hào)用端口，CN2是與伺服電機(jī)上的編碼器連接用的端口。通過(guò)CN1端口，可用PXI上位機(jī)程序來(lái)設(shè)置控制參數(shù)。因此舵機(jī)加載測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器面板操作器和PXI上位機(jī)LabVIEW程序兩種方式相結(jié)合，來(lái)實(shí)現(xiàn)舵機(jī)加載系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)器控制參數(shù)設(shè)置。

3.1伺服驅(qū)動(dòng)器控制模式設(shè)置

SGDV-330A01A伺服驅(qū)動(dòng)器有速度控制（模擬量指令）、位置控制（脈沖序列指令）、扭矩控制（模擬量指令）、速度控制（內(nèi)部設(shè)定速度控制）、扭矩限制和組合控制等多種參數(shù)設(shè)定控制方式[7]。舵機(jī)加載測(cè)試系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速限制下的扭矩控制和位置控制組合模式，控制模式在扭矩控制和位置控制之間切換，通過(guò)面板操作器設(shè)定見(jiàn)表2[6]。

表2　控制方式組合參數(shù)

3.2加載電機(jī)轉(zhuǎn)速限制設(shè)置

根據(jù)舵機(jī)加載測(cè)試系統(tǒng)承載側(cè)舵機(jī)和加載側(cè)伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種加載狀態(tài)。靜態(tài)加載時(shí)舵機(jī)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所有的運(yùn)動(dòng)均由加載電機(jī)引起；動(dòng)態(tài)加載時(shí)舵機(jī)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)，加載電機(jī)在跟隨舵機(jī)運(yùn)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行加載。

在舵機(jī)主動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，舵機(jī)電機(jī)工作，舵機(jī)正常輸出角位移，加載電機(jī)被動(dòng)動(dòng)態(tài)加載。根據(jù)舵機(jī)低速（輸出軸轉(zhuǎn)速±3°/s）下加載測(cè)試需求，通過(guò)面板操作器選擇轉(zhuǎn)速限制（1 r/min）下的扭矩控制模式，加載扭矩由上位機(jī)PXI系統(tǒng)的LabView程序給定。

另外，舵機(jī)離合器打滑力矩測(cè)試和舵機(jī)錨定點(diǎn)最大力矩測(cè)試也是靜態(tài)測(cè)試，測(cè)試時(shí)轉(zhuǎn)速限制為1 r/min。

在進(jìn)行舵機(jī)阻尼特性項(xiàng)目測(cè)試時(shí)，加載電機(jī)主動(dòng)靜態(tài)加載，舵機(jī)電機(jī)不工作，舵機(jī)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)。在開(kāi)始測(cè)試時(shí)由上位機(jī)PXI系統(tǒng)的LabVIEW程序?qū)⑥D(zhuǎn)速限制由1 r/min變?yōu)?1 r/min（阻尼特性測(cè)試時(shí)舵機(jī)輸出軸最大轉(zhuǎn)速66°/s）。阻尼特性項(xiàng)目測(cè)試完成后，為適應(yīng)其他測(cè)試項(xiàng)目的轉(zhuǎn)速限制需要，再將轉(zhuǎn)速限制變回1 r/min。

3.3電機(jī)手動(dòng)操作參數(shù)設(shè)置

圖4是用LabVIEW軟件編程的主界面中伺服電機(jī)操作界面。

圖4　主界面VI中電機(jī)操作界面

采用兩種控制模式來(lái)控制伺服電機(jī)，即轉(zhuǎn)速限制下的扭矩模式和位置模式。自動(dòng)測(cè)試時(shí)用LabVIEW程序直接控制下層VI完成。手動(dòng)測(cè)試時(shí)，通過(guò)圖4手動(dòng)操作設(shè)置參數(shù)。

伺服開(kāi)關(guān)撥到“吸合”位置，伺服電機(jī)通電進(jìn)入可運(yùn)行狀態(tài)。伺服開(kāi)關(guān)撥到“斷開(kāi)”位置，伺服電機(jī)斷電進(jìn)入不可運(yùn)行狀態(tài)。

（1）在扭矩控制模式下，向伺服驅(qū)動(dòng)器輸入模擬量指令形式的扭矩指令，利用與輸入電壓成正比的轉(zhuǎn)矩來(lái)控制伺服電機(jī)輸出扭矩。實(shí)現(xiàn)方法如下。

為完成扭矩控制功能，需對(duì)轉(zhuǎn)矩指令輸入增益參數(shù)進(jìn)行設(shè)置[6]，將出廠參數(shù)30變更，設(shè)置為100，見(jiàn)表3。此時(shí)伺服電機(jī)輸出的額定轉(zhuǎn)矩是28.4 N·m，對(duì)應(yīng)的輸入電壓是10 V。

“前幾年我鎮(zhèn)中小學(xué)生流失較多，特別是與鄰縣交界的幾所學(xué)校，選擇到鄰縣就讀的學(xué)生一度超過(guò)400名。面對(duì)學(xué)生流失嚴(yán)重的現(xiàn)象，我鎮(zhèn)采取什么措施留住學(xué)生？”

表3　轉(zhuǎn)矩指令輸入增益設(shè)定

當(dāng)伺服開(kāi)關(guān)“吸合”，控制模式撥到“扭矩模式”時(shí)，在“給定扭矩”的數(shù)值控件中輸入要求電機(jī)輸出的扭矩值。輸入的扭矩值經(jīng)公式（1）轉(zhuǎn)換，變?yōu)閿?shù)據(jù)采集卡上可識(shí)別的原碼值nDAData[8]，再通過(guò)輸入輸出信號(hào)端口（CN1）T-REF輸入到伺服驅(qū)動(dòng)器中，最終由伺服驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)輸出所要求的扭矩。

nDAData =扭矩給定÷28.4×10000×65536÷ 20000+32768（1）

式（1）中，28.4為最大輸出扭矩值，10 000 為10×1 000 mV，28.4 N·m對(duì)應(yīng)的電壓值是10 V。65 536為數(shù)據(jù)采集卡所識(shí)別的原碼值的最大值的十進(jìn)制表示，而32 768代表原碼值的中間值（零點(diǎn)）。而電壓的輸出量程為-10V～10V，因此在轉(zhuǎn)換為mV電壓值后再除以20 000，最后再加上中間值（32 768）。

（2）在位置控制模式下，向伺服驅(qū)動(dòng)器輸入脈沖序列角度給定指令。伺服驅(qū)動(dòng)器利用輸入脈沖數(shù)及其占空比來(lái)控制伺服電機(jī)按給定方向轉(zhuǎn)動(dòng)給定角度。實(shí)現(xiàn)方法如下。

電子齒數(shù)比是對(duì)來(lái)自上位裝置輸入指令的1個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)于工件所走的移動(dòng)量進(jìn)行任意設(shè)定的功能。若要進(jìn)行位置控制時(shí)，首先對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。將電子齒數(shù)比（分子）設(shè)置為1，電子齒數(shù)比（分母）為出廠設(shè)定，這樣確保分?jǐn)?shù)的值為1，伺服電機(jī)正好旋轉(zhuǎn)給定角度，見(jiàn)表4。

表4　電子齒數(shù)比的設(shè)定

當(dāng)伺服開(kāi)關(guān)“吸合”，控制模式為“位置模式”時(shí)，電機(jī)通電但不能轉(zhuǎn)動(dòng)。在“給定角度”框中輸入給定角度，伺服電機(jī)按給定角度輸出。將給定度數(shù)通過(guò)公式（2）轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)采集卡可識(shí)別的脈沖數(shù)，再通過(guò)采集卡將脈沖數(shù)輸入到脈沖指令輸入端口，同理將正反轉(zhuǎn)符號(hào)（+）輸入指令符號(hào)輸入端口中。這樣伺服驅(qū)動(dòng)器控制電機(jī)按用戶要求輸出給定角度。給定角度為正數(shù)即為正轉(zhuǎn)，負(fù)數(shù)即為反轉(zhuǎn)。

脈沖數(shù)=給定角度÷360×1048576（2）

因采用20位增量型編碼器，式（2）中360°對(duì)應(yīng)220=1 048 576個(gè)脈沖。

（1）編碼器分辨率設(shè)定

操作伺服驅(qū)動(dòng)器的面板操作器，將編碼器分頻脈沖數(shù)設(shè)定由出廠時(shí)的2 048變?yōu)?2 048，見(jiàn)表5。這樣，來(lái)自編碼器的每圈脈沖在伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部進(jìn)行電子分頻后，按變更后的分頻值輸出[9]，電機(jī)旋轉(zhuǎn)360°對(duì)應(yīng)輸出32 048個(gè)脈沖，提高了編碼器分辨率和旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量精度，可將編碼器角度測(cè)量精度由0.18°提高到0.01°。

表5　編碼器分頻脈沖數(shù)設(shè)定

（2）采用編碼器分頻脈沖輸出判定舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向

在伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部處理來(lái)自編碼器的脈沖信號(hào)，以90°相位差的2相脈沖（A相、B相）形態(tài)向外部輸出分頻信號(hào)，表6給出了A、B兩相分頻脈沖信號(hào)輸出波形圖運(yùn)動(dòng)周期的時(shí)序。當(dāng)輸出一定數(shù)量的脈沖時(shí)，舵機(jī)正、反轉(zhuǎn)時(shí)A、B兩相輸出脈沖相位不同，通過(guò)判斷A相和B相的相位關(guān)系來(lái)判斷舵機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

表6　輸出波形圖運(yùn)動(dòng)周期的時(shí)序

脈沖的辨向和計(jì)數(shù)利用LabVIEW軟件及帶計(jì)數(shù)器的多功能數(shù)據(jù)采集卡來(lái)實(shí)現(xiàn)。多功能數(shù)據(jù)采集卡上有A、B兩相分頻脈沖信號(hào)鑒相計(jì)數(shù)電路，若B相超A相90°度，則舵機(jī)為正轉(zhuǎn)；若A相超B 相90°，則舵機(jī)為反轉(zhuǎn)。

3.5閉環(huán)復(fù)合控制參數(shù)設(shè)置

舵機(jī)加載自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一種帶有位置擾動(dòng)的扭矩伺服系統(tǒng)。電機(jī)扭矩控制系統(tǒng)普遍存在系統(tǒng)穩(wěn)定性差、存在多余扭矩和跟蹤精度等關(guān)鍵問(wèn)題。負(fù)載慣量（包括加載電機(jī)、扭矩傳感器、聯(lián)軸器及軸系等的慣量）是固有的多余扭矩。多余扭矩混入加載系統(tǒng)，加載側(cè)和承載側(cè)相互作用、相互耦合，嚴(yán)重影響加載精度，對(duì)其他控制性能也有不利影響。由于多余扭矩的微分特性，簡(jiǎn)單的補(bǔ)償方法難于實(shí)現(xiàn)完全克服，必須進(jìn)行綜合補(bǔ)償。

經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，采用簡(jiǎn)單有效的閉環(huán)復(fù)合控制策略抑制多余扭矩，實(shí)現(xiàn)精確跟蹤扭矩指令信號(hào)的最終目標(biāo)。控制方案是：通過(guò)扭矩傳感器構(gòu)成扭矩反饋，形成扭矩閉環(huán)控制；通過(guò)編碼器構(gòu)成位置反饋，形成位置閉環(huán)控制；使用舵機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行前饋控制；扭矩環(huán)和位置環(huán)均采用參數(shù)自整定的模糊PID控制算法。

編制模糊PID控制算法子VI，通過(guò)LabVIEW程序調(diào)用，實(shí)時(shí)修正伺服驅(qū)動(dòng)器輸入模擬量轉(zhuǎn)矩指令值和位置脈沖數(shù)量及占空比，從而實(shí)現(xiàn)模糊PID控制算法。

4　結(jié)束語(yǔ)

詳細(xì)闡述了伺服驅(qū)動(dòng)器控制參數(shù)設(shè)置的具體方法。測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器與扭矩傳感器實(shí)現(xiàn)伺服電機(jī)閉環(huán)復(fù)合控制，成功地實(shí)現(xiàn)了扭矩自動(dòng)加載。通過(guò)合理提高編碼器輸出的分頻脈沖數(shù)和位置閉環(huán)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)位置的精準(zhǔn)控制。利用基于A、B兩相分頻脈沖信號(hào)的鑒相計(jì)數(shù)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)了舵機(jī)轉(zhuǎn)向的自動(dòng)測(cè)試。

舵機(jī)自動(dòng)測(cè)試加載系統(tǒng)以LabVIEW軟件作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，人機(jī)界面友好，功能強(qiáng)大，還可利用加載臺(tái)架上的手動(dòng)加載盤和標(biāo)準(zhǔn)高精度砝碼，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加載系統(tǒng)的扭矩精度的校準(zhǔn)和標(biāo)定。實(shí)物驗(yàn)證表明：加載測(cè)試系統(tǒng)扭矩和位置控制精度均較高，可滿足測(cè)試要求。

參考文獻(xiàn)：

［1］楊一棟.直升機(jī)飛行控制［M］.南京：南京航空航天大學(xué)出版社，2007.

［2］李育明.直升機(jī)并聯(lián)舵機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2012.

［3］蘭雪，段富海，劉強(qiáng).直升機(jī)舵機(jī)電動(dòng)加載測(cè)試系統(tǒng)的建模與仿真［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2015（3）：25-28.

［4］蘇娜.虛擬儀器LabView的發(fā)展與應(yīng)用［J］.計(jì)算機(jī)光盤軟件與應(yīng)用，2013（23）：131-132.

［5］阮奇楨.我和LabView：一個(gè)NI工程師的十年編程經(jīng)驗(yàn)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.

［6］安川系列AC伺服驅(qū)動(dòng)器用戶手冊(cè)［Z］. 2012.

［7］付專，巫曉雷.控制電機(jī)及其應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2008.

［8］阿爾泰產(chǎn)品研發(fā)部. PXI9606數(shù)據(jù)采集卡硬件使用說(shuō)明書(shū)［Z］. 2012.

［9］Johnson N，Mohan K J，Janson K E，et al. Optimiza?tion of incremental optical encoderpulse processing ［A］. //Automation，Computing，Communication，Con?trol and Compressed Sensing（iMac4s），2013 Interna?tional Multi-Conference on. IEEE，2013：769-773.

(編輯：阮毅)

我國(guó)設(shè)計(jì)制造的首架ARJ21飛機(jī)“翔鳳”年底將交付

近日，即將交付給中國(guó)商飛及成都航空公司的首架ARJ21“翔鳳”飛機(jī)已由中國(guó)民航局航空器適航審定司正式批復(fù)注冊(cè)號(hào)為B－3321。成都航空預(yù)計(jì)在11月底或12月初接收這架ARJ21飛機(jī)。

注冊(cè)號(hào)的取得是一架客機(jī)獲得國(guó)籍登記證之前的必要步驟。而國(guó)籍登記證、適航證和無(wú)線電電臺(tái)執(zhí)照是飛機(jī)正常運(yùn)營(yíng)前必備的三個(gè)適航證件。此次ARJ21飛機(jī)第106架機(jī)取得注冊(cè)號(hào)，意味國(guó)產(chǎn)首架噴氣式支線客機(jī)距離正式載客運(yùn)營(yíng)又近了一步。

ARJ21是我國(guó)首款完全按照國(guó)際適航標(biāo)準(zhǔn)自主設(shè)計(jì)研制的噴氣式支線客機(jī)，是具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“中國(guó)造”，從立項(xiàng)至正式交付，對(duì)我國(guó)航空工業(yè)發(fā)展包括C919客機(jī)的未來(lái)有著重要影響。

ARJ21飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)航程型滿座航程為2220公里，增大航程型滿座航程為3704公里，基本型全經(jīng)濟(jì)級(jí)布局90座，混合級(jí)布局78座。目前ARJ21飛機(jī)已獲得19家客戶300多架訂單，包括首家非洲用戶剛果（布）3架訂單。民航四川監(jiān)管局表示，將持續(xù)對(duì)ARJ21運(yùn)營(yíng)情況進(jìn)行監(jiān)督檢查，確保ARJ21飛機(jī)安全運(yùn)營(yíng)。

（來(lái)源：中國(guó)科技網(wǎng)）

Actuator Loading Test System and Control Parameter Setting Methods of Its AC Servo Driver

DONG Ke-rui，DUAN Fu-hai，HU Wu-yang
（Dalian University of Technology，College of Mechanical Engineering，Dalian116023，China）

Abstract:A helicopter parallel actuator automatic loading test system is developed. AC Servo Motor，which has embedded encoder，and AC Servo Driver are used to construct electric loading scheme. In order to solve small torque precise dynamic loading problem under the circumstances of actuator limited rotative angle，servo driver control parameter settings is essential. The overall structures of test system and servo driver type selection are briefly introduced in this paper. AC servo driver control parameter setting methods, such as the motor control mode, motor speed limit method, motor manual operation interface, encoder frequency pulse points set，compound closed-loop control method，are introduced in detail. Physical evidence shows that torque and position control precision of load testing system are high, and load testing system can meet the test requirements.

Key words:parallel actuator；automatic test system；AC servo drive；loadingservo motor

作者簡(jiǎn)介：第一董科銳，男，1990年生，遼寧鞍山人，碩士。研究領(lǐng)域：傳感器與測(cè)控技術(shù)。

收稿日期：2015－05－27

DOI:10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2015. 11. 002

中圖分類號(hào)：V275+.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009－9492 ( 2015 ) 11－0007－06