伺服電機極限能力測試試驗臺的製作方法
2023-06-19 20:41:26 1
伺服電機極限能力測試試驗臺的製作方法
【專利摘要】一種伺服電機極限能力測試試驗臺，由驅動系統、加載系統、測量與控制系統和機械系統組成；所述的驅動系統包括直流電源、被測電機驅動器以及被測電機；所述的加載系統包括交流電源、加載電機驅動器以及加載電機；所述的測量與控制系統包括扭矩傳感器、控制器以及角加速度測量裝置；所述的機械系統包括試驗臺架、加載電機安裝座、被測電機安裝座、扭矩傳感器支座以及低慣量絕緣聯軸器。本發明可以在有限的體積下，模擬多重負載，包括慣性負載、彈性負載、粘性摩擦、庫倫摩擦，來滿足伺服電機在極限能力加載下的控制測試要求。它具有結構簡單緊湊的設計特點，同時能較好地模擬多重負載的結構特性。
【專利說明】伺服電機極限能力測試試驗臺
【技術領域】
[0001]本發明主要用於機電伺服系統永磁伺服電機在極限能力加載下的控制響應測試。技術背景
[0002]伺服電機具有電磁時間常數小、轉速範圍寬等優點，當飛行器轉向舵面多為伺服電機驅動時，伺服電機將承受多重負載的影響(慣性負載、彈性負載、粘性摩擦、庫倫摩擦)。為了模擬多重負載對電機的影響，發揮電機的極限能力，有必要研製一種可對永磁同步電機在極限能力加載下控制響應的專用試驗臺，對電機的能力進行全面測試，為永磁同步伺服電機的設計和驗收提供技術保障。
【發明內容】
[0003]本發明是要設計一整套的伺服電機性能測試試驗臺系統，包括針對10kW、5kW和3.5kW三個功率等級的電機、驅動器以及控制器等。而針對這三種不同功率的力矩加載電機不同轉矩和轉速的範圍及精度要求，能夠測量靜轉矩，並能夠根據實際提供的負載(慣性負載、彈性負載、粘性摩擦、庫倫摩擦)的數學模型及變化曲線加載，具備偏置、暫態和掃頻等工況的負載模擬。
[0004]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:
[0005]一種伺服電機極限能力測試試驗臺，由驅動系統、加載系統、測量與控制系統和機械系統組成；
[0006]所述的驅動系統包括直流電源、被測電機驅動器以及被測電機；
[0007]所述的加載系統包括交流電源、加載電機驅動器以及加載電機；
[0008]所述的測量與控制系統包括扭矩傳感器、控制器以及角加速度測量裝置。
[0009]所述的機械系統包括試驗臺架、加載電機安裝座、被測電機安裝座、扭矩傳感器支座以及低慣量絕緣聯軸器。
[0010]本發明各結構之間的位置連接關係是:
[0011]在試驗臺架上安裝有T型臺，T型臺表面設有倒T型軌道槽，T型臺上固定設有一長方體條狀結構的T型臺對中條；τ型臺對中條的槽分布在其表面，用於固定加載電機安裝座、扭矩傳感器支座和被測電機安裝座；加載電機安裝座、被測電機安裝座、扭矩傳感器支座通過貫穿在它們底部中心軸的T型臺對中條保持相互之間的對中位置關係；扭矩傳感器支座位於被測電機安裝座和加載電機安裝座之間，扭矩傳感器由扭矩傳感器支座固定在T型臺上；被測電機由被測電機安裝座固定在T型臺上，被測電機的轉動軸與低慣量聯軸器的法蘭進行平鍵聯接，低慣量絕緣聯軸器另一端與扭矩傳感器進行聯接；加載電機由加載電機安裝座固定在T型臺上，角加速度測量裝置與加載電機的轉軸固定；角加速度測量裝置另一端與扭矩傳感器連接，與低慣量絕緣聯軸器相對在扭矩傳感器兩側。
[0012]角加速度測量裝置由一 U型支板保持其穩定。
[0013]在被測電機安裝座上設有軸承，軸承由被測電機安裝座支撐並由階梯型擋板、低慣量絕緣聯軸器的法蘭壓緊；軸承套在低慣量絕緣聯軸器法蘭上保證低慣量絕緣聯軸器轉動的穩定性。
[0014]本發明的有益效果是:
[0015]該系統的應用是可以在有限的體積下，模擬多重負載，包括慣性負載、彈性負載、粘性摩擦、庫倫摩擦，來滿足伺服電機在極限能力加載下的控制測試要求。它具有結構簡單緊湊的設計特點，同時能較好地模擬多重負載的結構特性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明的系統組成結構圖，
[0017]圖2是系統工作流程圖，
[0018]圖3是加載試驗臺整體結構正面及側視示意圖。
[0019]圖中:
[0020]1.T型臺，2.T型臺對中條，3.試驗臺架，4.被測電機，5.階梯型擋板，6.軸承，
7.低慣量聯軸器，8.扭矩傳感器，9.角加速度測量裝置，10.加載電機安裝座，11.U型支板，12.加載電機，13.扭矩傳感器支座，14.被測電機安裝座，15.被測電機驅動器，16.直流電源，17.控制器，18.加載電機驅動器，19.交流電源。
【具體實施方式】
[0021 ] 結合附圖為實施方式對本發明進一步說明。
[0022]系統的組成:
[0023]在圖1中，該系統的組成結構主要由控制器17、被測電機4及其驅動器15、加載電機12及其驅動器18、扭矩傳感器8、低慣量聯軸器7組成。
[0024]所述的被測電機4和加載電機12均為伺服電機，選用交流永磁同步電機。
[0025]所述階梯型擋板5為階梯型結構，與低慣量絕緣聯軸器7法蘭一起用於壓緊軸承6，避免低慣量絕緣聯軸器7轉動時擺動。
[0026]所述軸承6、扭矩傳感器8、加載電機12以及驅動器15、18屬於按需購買的標準件。
[0027]所述低慣量絕緣聯軸器7為一成品件。
[0028]所述角加速度測量裝置9為一成品系統件。
[0029]所述控制器17可以使用多種型號的控制器，如作為一種實施例，本設計使用的一種是研華科技61L工控機。
[0030]本發明中使用的器件均為市售產品，本發明採用了新的測試系統。
[0031]所述加載電機安裝座10為對稱式結構件，中間開有圓孔，底座開有四個螺紋孔用來與T型臺I進行固定。
[0032]所述U型支板11為對稱式結構件，上部開有U型槽，且兩端開有螺栓槽，通過螺栓與加載電機12進行連接，起到支撐的作用。
[0033]所述扭矩傳感器支座13為T型對稱結構體，上表面均布著四個螺紋孔用於與扭矩傳感器的固定，下表面均開著四個螺紋孔，通過螺栓固定在T型臺上。
[0034]所述被測電機安裝座14為對稱式結構件，中間開有圓孔，底座開有四個螺紋孔用來與T型臺I進行固定。
[0035]所述試驗臺架3為矩形箱體結構。
[0036]本發明各結構之間的位置連接關係是:
[0037]在試驗臺架3上安裝有T型臺1，T型臺I表面設有倒T型軌道槽，T型臺上固定設有一長方體條狀結構的T型臺對中條2 ;加載電機安裝座10、被測電機安裝座14、扭矩傳感器支座13安裝在T型臺I上，通過貫穿在它們底部中心軸的T型臺對中條2保持相互之間的對中位置關係；扭矩傳感器支座13位於被測電機安裝座14和加載電機安裝座10之間，扭矩傳感器8由扭矩傳感器支座13固定在T型臺I上；被測電機4由被測電機安裝座14固定在T型臺I上，被測電機4的轉動軸與低慣量聯軸器7的法蘭進行平鍵聯接，低慣量絕緣聯軸器7另一端與扭矩傳感器8進行聯接；加載電機12由加載電機安裝座10固定在T型臺I上，角加速度測量裝置9與加載電機12的轉軸固定；角加速度測量裝置9另一端與扭矩傳感器8連接，與低慣量絕緣聯軸器7相對在扭矩傳感器8兩側。
[0038]本發明的試驗臺的具體測試過程為:
[0039]在圖2、圖3中，由控制器軟體界面進行參數設置:包括試驗臺工作模式、負載參數、試驗類型選擇、試驗啟停控制等。然後控制器17發出指令信號給被測電機驅動器15，控制被測電機4實現偏置、方波和掃頻等各種測試工況的運動，被測電機驅動器15由直流可編程電源16供電，其被測電機驅動器15是被測電機4的配套產品。在操縱被測電機4運動的同時，控制器17給加載電機驅動器18發出加載控制信號,通過加載電機12控制加載力矩的大小。然後扭矩傳感器8實時採集當前扭矩值和當前轉速，其中扭矩信號作為閉環控制的反饋信號，而轉速信號作為多餘力補償的參考信號。之後由加載電機12及加載電機驅動器18、扭矩傳感器8和控制器17構成閉環力矩控制系統，其加載力矩的指令信號由負載特性計算得到，反饋值為當前扭矩，偏差信號經過PI控制算法演算，得到加載控制信號送給加載電機驅動器18，作為其電流環輸入，從而形成完整的力矩控制系統。最後扭矩傳感器8採集到轉角信號，在控制器17中可以計算當前轉速，並構建前饋環來消除由被測電機4運動引發的多餘力現象。
【權利要求】
1.一種伺服電機極限能力測試試驗臺，由驅動系統、加載系統、測量與控制系統和機械系統組成；其特徵在於: 所述的驅動系統包括直流電源、被測電機驅動器以及被測電機； 所述的加載系統包括交流電源、加載電機驅動器以及加載電機； 所述的測量與控制系統包括扭矩傳感器、控制器以及角加速度測量裝置； 所述的機械系統包括試驗臺架、加載電機安裝座、被測電機安裝座、扭矩傳感器支座以及低慣量絕緣聯軸器。
2.根據權利要求1所述的試驗臺，其特徵在於:在試驗臺架上安裝有T型臺，T型臺表面設有倒T型軌道槽，T型臺上固定設有一長方體條狀結構的T型臺對中條；T型臺對中條的槽分布在其表面，用於固定加載電機安裝座、扭矩傳感器支座和被測電機安裝座；加載電機安裝座、被測電機安裝座、扭矩傳感器支座通過貫穿在它們底部中心軸的T型臺對中條保持相互之間的對中位置關係；扭矩傳感器支座位於被測電機安裝座和加載電機安裝座之間，扭矩傳感器由扭矩傳感器支座固定在T型臺上；被測電機由被測電機安裝座固定在T型臺上，被測電機的轉動軸與低慣量聯軸器的法蘭進行平鍵聯接，低慣量絕緣聯軸器另一端與扭矩傳感器進行聯接；加載電機由加載電機安裝座固定在T型臺上，角加速度測量裝置與加載電機的轉軸固定；角加速度測量裝置另一端與扭矩傳感器連接，與低慣量絕緣聯軸器相對在扭矩傳感器兩側。
3.根據權利要求1或2所述的試驗臺，其特徵在於:角加速度測量裝置由一U型支板保持其穩定。
4.根據權利要求1或2所述的試驗臺，其特徵在於:在被測電機安裝座上設有軸承，軸承由被測電機安裝座支撐並由階梯型擋板、低慣量絕緣聯軸器的法蘭壓緊；軸承套在低慣量絕緣聯軸器法蘭上保證低慣量絕緣聯軸器轉動的穩定性。
5.根據權利要求1或2所述的試驗臺，其特徵在於:所述加載電機安裝座為對稱式結構件，中間開有圓孔，底座開有四個螺紋孔用於與T型臺進行固定；所述U型支板為對稱式結構件，上部開有U型槽，且兩端開有螺栓槽，通過螺栓與加載電機進行連接，起到支撐的作用；所述扭矩傳感器支座為T型對稱結構體，上表面均布著四個螺紋孔用於與扭矩傳感器的固定，下表面均開著四個螺紋孔，通過螺栓固定在T型臺上；所述被測電機安裝座為對稱式結構件，中間開有圓孔，底座開有四個螺紋孔用來與T型臺進行固定。
6.權利要求1所述的一種伺服電機極限能力測試試驗臺，其測試過程為:由控制器進行參數設置，然後控制器發出指令信號給被測電機驅動器，控制被測電機實現偏置、方波和掃頻等各種測試工況的運動；在操縱被測電機運動的同時，控制器給加載電機驅動器發出加載控制信號，通過加載電機控制加載力矩的大小；然後扭矩傳感器實時採集當前扭矩值和當前轉速，其中扭矩信號作為閉環控制的反饋信號，而轉速信號作為多餘力補償的參考信號；之後由加載電機及驅動器、扭矩傳感器和控制器構成閉環力矩控制系統，其加載力矩的指令信號由負載特性計算得到，反饋值為當前扭矩，偏差信號經過控制器演算，得到加載控制信號送給加載電機驅動器，作為其電流環輸入，從而形成完整的力矩控制系統；最後扭矩傳感器採集到轉角信號，在控制器中可以計算當前轉速，並構建前饋環來消除由被測電機運動引發的多餘力現象。
【文檔編號】G01R31/34GK104297683SQ201410532213
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月10日 優先權日:2014年10月10日
【發明者】李長春, 延皓, 張金英, 楊雪松 申請人:北京交通大學