操纵系统测试设备校准方法研究

操纵系统测试设备校准方法研究

丁圣   陈悠扬

中航西安飞机工业集团股份有限公司   陕西西安   710089

摘要  操纵系统测试设备是用于航空驾驶杆力传感器、脚蹬力传感器、主操纵力信号调理器、升降舵调整片操纵盘角位移传感器、升降舵调整片配平面角位移传感器进行装机前试验，完成上述机载设备的性能和功能测试的地面专用测试设备。

关键词：  计量特性； 角位移；力测量；校准实施

引言

为解决航空操纵系统测试设备的校准问题，对该测试设备的功能、组成、原理及参数指标等进行分析研究。在国家或地方暂无此类专测设备校准依据的情况下，解决科研生产的计量管控实际需求，保证机载设备量值溯源性和计量特性的准确可靠性。在做了大量实验的基础上，总结出该测试设备的具体计量特性和校准方法。

正文

1  功能与组成

操纵系统测试设备主要由力测量装置检测系统、角位移测量装置检测系统和控制单元三部分组成。力测量装置检测系统主要用于对脚蹬力传感器和驾驶杆力传感器进行拉/压力检测；角位移测量装置检测系统主要用于对角位移传感器和角位移传感器进行检测；控制柜单元主要用于对主操纵力信号调理器进行检测和对各测量设备产生的数据进行采集、处理和显示。

2  工作原理分析

操纵系统测试设备采用集中式控制，利用一个控制柜实现对力测量装置检测系统和角位移测量装置检测系统的控制、被测传感器数据采集、处理和显示。检测时，控制柜内的工控机对各检测系统中的比对式控制系统进行控制，使检测系统给被测装置（脚蹬力传感器、驾驶杆力传感器、角位移传感器）施加设定的载荷（角位移、拉/压力），并采集该载荷下被测装置的信号输出值，检测后的数据存储在工控机上。

其中，力测量装置检测系统通过工装把被测传感器与伺服电动缸、标准力传感器同轴连接在一起，伺服电动缸输出标准载荷，使被测传感器与标准力传感器受力相同。通过电脑采集标准力传感器的数据作为反馈信号，控制伺服电机的转矩和转速进行加载，使得力测量装置检测系统施加给被测传感器的力达到设定值，采集和处理被测传感器连接的信号调理器的输出信号，计算出被测力测量装置各项技术指标。

3  计量特性的分析

分析梳理得出：角位移检测系统、力测量检测系统、驾驶杆力传感器、脚蹬力传感器、驾驶盘力传感器等信号，这些信号对整机测试的精确度有重要的影响，因此，必须对这些信号进行计量特性的研究，采用必要的措施实现校准溯源,以保证量值的准确可靠。

3.1  驾驶杆力传感器

范围：(1～5)挡；精度要求：±0.125%FS。

3.2  脚蹬力传感器

范围：(1～5)挡；精度要求：±0.125%FS。

3.3  驾驶盘力传感器

范围：(1～5)挡；精度要求：±0.125%FS。

3.4  角位移检测系统

角位移测量范围：±1500°；精度要求：±0.1 °。

3.5  力测量检测系统拉向力

施加力值范围：(1000～6000 )N；精度要求：±0.05%FS。

4  校准方法的实施

针对上述提炼出的计量特性，利用现有标准仪器，结合测试设备的物理结构、技术指标等信息，确定出该测设备必须要校准的项目及名称。这些项目应是全面的、准确的体现该测试设备的稳定性、可靠性的参数和功能。根据测试设备本身信号的性质和计量特性，研究出校准方法的具体实施如下：

4.1  驾驶杆力传感器的校准

将数字多用表设置为电阻测量功能，在操纵系统传感器测试设备前面板的驾驶杆力传感器模拟器输出端口上，使用数字多用表分别测试挡位开关在1挡、2挡、3挡、4挡、5挡时各驾驶杆力传感器模拟器输出的信号电阻值。对每一挡位输出电阻值分别测量3次，取其平均值作为实测值进行记录。对驾驶杆力传感器模拟器分别进行正向和反向加载，根据阻值数据，计算驾驶杆力传感器模拟器的误差。驾驶杆力传感器模拟器测量结果的误差按公式（1）、（2）进行计算。

式中:

Xi——各挡位的实际测量值，分别测量3次，取其平均值记为实测值；

X0——最低挡位（第1挡位）的实测值；

Xm——最高挡位（第5挡位）的实测值；

X——理论值，按照公式（2）计算得到。

4.2  脚蹬力传感器的校准

将数字多用表设置为电阻测量功能，在操纵系统测试设备前面板的脚蹬力传感器模拟器输出端口上，使用数字多用表分别测试挡位开关在1挡、2挡、3挡、4挡、5挡时各脚蹬力传感器模拟器输出的信号阻值。对每一挡位输出电阻值分别测量3次，取其平均值作为实测值进行记录。对脚蹬力传感器模拟器分别进行正向和反向加载校准，记录实测阻值数据，计算脚蹬力传感器模拟器的误差。脚蹬力传感器模拟器测量结果的误差按公式（1）、（2）进行计算。

4.3  驾驶盘力传感器的校准

将数字多用表设置为电阻测量功能，在操纵系统测试设备前面板的驾驶盘力传感器模拟器输出端口上，使用数字多用表分别测试挡位开关在1挡、2挡、3挡、4挡、5挡时各驾驶盘力传感器模拟器输出的信号电阻值。对每一挡位输出电阻值分别测量3次，取其平均值作为实测值进行记录。对

驾驶盘力传感器模拟器进行正向和反向加载校准，根据阻值数据，计算驾驶盘力传感器模拟器的误差。驾驶盘力传感器模拟器测量结果的误差按公式（1）、（2）进行计算。

4.4  角位移检测系统的校准

接通操纵系统测试设备总电源，启动控制计算机，进入测试软件，运行“操纵系统传感器测试设备软件”，切换到“角测试传感器”校准界面。可靠安装角位移测量装置检测系统校准工装，在测试过程中，检查标准编码器的输出范围。对角位移测量装置检测系统校准工装进行加载，加载点分别为0°、360°、720°、1080°、1440°、1500°，在校准界面的“结果”栏读取实测值Y，依次记录进程和回程时各个加载点对应的角度值，对角位移测量装置检测系统校准工装进行正向和反向加载校准，记录各个角度实际测量值。误差按照公式（3）计算。

式中：

Y —— 被校准项目的实测值。

Y0 ——被校准项目的标称值。

4.5  力测量检测系统拉向力的校准

运行“操纵系统测试设备软件”，切换到“力测量检测系统”校准界面。可靠安装力测量装置检测系统校准工装安装，检查力测量装置检测系统的外观应光洁，零部件装配应牢固，无松动现象。将力测量装置检测系统校准工装安装到力测量装置检测系统上，对力测量装置检测系统校准工装进行加载，加载分别点为0 N、1000 N、2000 N、3000 N、4000 N、5000 N、6000 N。对力测量装置检测系统校准工装进行拉向加载，依次记录拉向力时各加载点对应的力值。误差按照公式（4）计算。

结束语

通过对操纵系统测试设备组成、原理的分析，结合其实际功能和用途，甄别出必须要校准的项目和参数，逐个对各个项目进行计量特性分析，利用已有的标准仪器实施校准工作，最终形成具体的可靠实施的校准方法。经过反复试验验证和数据分析，形成一套完整的校准方法。该校准方法的研究解决了实际生产的需求，为开展此类专用测试设备的校准提供了思路和实施样本。

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