伺服电机极限能力测试试验台的制作方法
【专利摘要】一种伺服电机极限能力测试试验台，由驱动系统、加载系统、测量与控制系统和机械系统组成；所述的驱动系统包括直流电源、被测电机驱动器以及被测电机；所述的加载系统包括交流电源、加载电机驱动器以及加载电机；所述的测量与控制系统包括扭矩传感器、控制器以及角加速度测量装置；所述的机械系统包括试验台架、加载电机安装座、被测电机安装座、扭矩传感器支座以及低惯量绝缘联轴器。本发明可以在有限的体积下，模拟多重负载，包括惯性负载、弹性负载、粘性摩擦、库伦摩擦，来满足伺服电机在极限能力加载下的控制测试要求。它具有结构简单紧凑的设计特点，同时能较好地模拟多重负载的结构特性。
【专利说明】伺服电机极限能力测试试验台
【技术领域】
[0001]本发明主要用于机电伺服系统永磁伺服电机在极限能力加载下的控制响应测试。技术背景
[0002]伺服电机具有电磁时间常数小、转速范围宽等优点，当飞行器转向舵面多为伺服电机驱动时，伺服电机将承受多重负载的影响(惯性负载、弹性负载、粘性摩擦、库伦摩擦)。为了模拟多重负载对电机的影响，发挥电机的极限能力，有必要研制一种可对永磁同步电机在极限能力加载下控制响应的专用试验台，对电机的能力进行全面测试，为永磁同步伺服电机的设计和验收提供技术保障。
【发明内容】
[0003]本发明是要设计一整套的伺服电机性能测试试验台系统，包括针对10kW、5kW和3.5kW三个功率等级的电机、驱动器以及控制器等。而针对这三种不同功率的力矩加载电机不同转矩和转速的范围及精度要求，能够测量静转矩，并能够根据实际提供的负载(惯性负载、弹性负载、粘性摩擦、库伦摩擦)的数学模型及变化曲线加载，具备偏置、暂态和扫频等工况的负载模拟。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0005]一种伺服电机极限能力测试试验台，由驱动系统、加载系统、测量与控制系统和机械系统组成；
[0006]所述的驱动系统包括直流电源、被测电机驱动器以及被测电机；
[0007]所述的加载系统包括交流电源、加载电机驱动器以及加载电机；
[0008]所述的测量与控制系统包括扭矩传感器、控制器以及角加速度测量装置。
[0009]所述的机械系统包括试验台架、加载电机安装座、被测电机安装座、扭矩传感器支座以及低惯量绝缘联轴器。
[0010]本发明各结构之间的位置连接关系是:
[0011]在试验台架上安装有T型台，T型台表面设有倒T型轨道槽，T型台上固定设有一长方体条状结构的T型台对中条；τ型台对中条的槽分布在其表面，用于固定加载电机安装座、扭矩传感器支座和被测电机安装座；加载电机安装座、被测电机安装座、扭矩传感器支座通过贯穿在它们底部中心轴的T型台对中条保持相互之间的对中位置关系；扭矩传感器支座位于被测电机安装座和加载电机安装座之间，扭矩传感器由扭矩传感器支座固定在T型台上；被测电机由被测电机安装座固定在T型台上，被测电机的转动轴与低惯量联轴器的法兰进行平键联接，低惯量绝缘联轴器另一端与扭矩传感器进行联接；加载电机由加载电机安装座固定在T型台上，角加速度测量装置与加载电机的转轴固定；角加速度测量装置另一端与扭矩传感器连接，与低惯量绝缘联轴器相对在扭矩传感器两侧。
[0012]角加速度测量装置由一 U型支板保持其稳定。
[0013]在被测电机安装座上设有轴承，轴承由被测电机安装座支撑并由阶梯型挡板、低惯量绝缘联轴器的法兰压紧；轴承套在低惯量绝缘联轴器法兰上保证低惯量绝缘联轴器转动的稳定性。
[0014]本发明的有益效果是:
[0015]该系统的应用是可以在有限的体积下，模拟多重负载，包括惯性负载、弹性负载、粘性摩擦、库伦摩擦，来满足伺服电机在极限能力加载下的控制测试要求。它具有结构简单紧凑的设计特点，同时能较好地模拟多重负载的结构特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明的系统组成结构图，
[0017]图2是系统工作流程图，
[0018]图3是加载试验台整体结构正面及侧视示意图。
[0019]图中:
[0020]1.T型台，2.T型台对中条，3.试验台架，4.被测电机，5.阶梯型挡板，6.轴承，
7.低惯量联轴器，8.扭矩传感器，9.角加速度测量装置，10.加载电机安装座，11.U型支板，12.加载电机，13.扭矩传感器支座，14.被测电机安装座，15.被测电机驱动器，16.直流电源，17.控制器，18.加载电机驱动器，19.交流电源。
【具体实施方式】
[0021 ] 结合附图为实施方式对本发明进一步说明。
[0022]系统的组成:
[0023]在图1中，该系统的组成结构主要由控制器17、被测电机4及其驱动器15、加载电机12及其驱动器18、扭矩传感器8、低惯量联轴器7组成。
[0024]所述的被测电机4和加载电机12均为伺服电机，选用交流永磁同步电机。
[0025]所述阶梯型挡板5为阶梯型结构，与低惯量绝缘联轴器7法兰一起用于压紧轴承6，避免低惯量绝缘联轴器7转动时摆动。
[0026]所述轴承6、扭矩传感器8、加载电机12以及驱动器15、18属于按需购买的标准件。
[0027]所述低惯量绝缘联轴器7为一成品件。
[0028]所述角加速度测量装置9为一成品系统件。
[0029]所述控制器17可以使用多种型号的控制器，如作为一种实施例，本设计使用的一种是研华科技61L工控机。
[0030]本发明中使用的器件均为市售产品，本发明采用了新的测试系统。
[0031]所述加载电机安装座10为对称式结构件，中间开有圆孔，底座开有四个螺纹孔用来与T型台I进行固定。
[0032]所述U型支板11为对称式结构件，上部开有U型槽，且两端开有螺栓槽，通过螺栓与加载电机12进行连接，起到支撑的作用。
[0033]所述扭矩传感器支座13为T型对称结构体，上表面均布着四个螺纹孔用于与扭矩传感器的固定，下表面均开着四个螺纹孔，通过螺栓固定在T型台上。
[0034]所述被测电机安装座14为对称式结构件，中间开有圆孔，底座开有四个螺纹孔用来与T型台I进行固定。
[0035]所述试验台架3为矩形箱体结构。
[0036]本发明各结构之间的位置连接关系是:
[0037]在试验台架3上安装有T型台1，T型台I表面设有倒T型轨道槽，T型台上固定设有一长方体条状结构的T型台对中条2 ;加载电机安装座10、被测电机安装座14、扭矩传感器支座13安装在T型台I上，通过贯穿在它们底部中心轴的T型台对中条2保持相互之间的对中位置关系；扭矩传感器支座13位于被测电机安装座14和加载电机安装座10之间，扭矩传感器8由扭矩传感器支座13固定在T型台I上；被测电机4由被测电机安装座14固定在T型台I上，被测电机4的转动轴与低惯量联轴器7的法兰进行平键联接，低惯量绝缘联轴器7另一端与扭矩传感器8进行联接；加载电机12由加载电机安装座10固定在T型台I上，角加速度测量装置9与加载电机12的转轴固定；角加速度测量装置9另一端与扭矩传感器8连接，与低惯量绝缘联轴器7相对在扭矩传感器8两侧。
[0038]本发明的试验台的具体测试过程为:
[0039]在图2、图3中，由控制器软件界面进行参数设置:包括试验台工作模式、负载参数、试验类型选择、试验启停控制等。然后控制器17发出指令信号给被测电机驱动器15，控制被测电机4实现偏置、方波和扫频等各种测试工况的运动，被测电机驱动器15由直流可编程电源16供电，其被测电机驱动器15是被测电机4的配套产品。在操纵被测电机4运动的同时，控制器17给加载电机驱动器18发出加载控制信号,通过加载电机12控制加载力矩的大小。然后扭矩传感器8实时采集当前扭矩值和当前转速，其中扭矩信号作为闭环控制的反馈信号，而转速信号作为多余力补偿的参考信号。之后由加载电机12及加载电机驱动器18、扭矩传感器8和控制器17构成闭环力矩控制系统，其加载力矩的指令信号由负载特性计算得到，反馈值为当前扭矩，偏差信号经过PI控制算法演算，得到加载控制信号送给加载电机驱动器18，作为其电流环输入，从而形成完整的力矩控制系统。最后扭矩传感器8采集到转角信号，在控制器17中可以计算当前转速，并构建前馈环来消除由被测电机4运动引发的多余力现象。
【权利要求】
1.一种伺服电机极限能力测试试验台，由驱动系统、加载系统、测量与控制系统和机械系统组成；其特征在于: 所述的驱动系统包括直流电源、被测电机驱动器以及被测电机； 所述的加载系统包括交流电源、加载电机驱动器以及加载电机； 所述的测量与控制系统包括扭矩传感器、控制器以及角加速度测量装置； 所述的机械系统包括试验台架、加载电机安装座、被测电机安装座、扭矩传感器支座以及低惯量绝缘联轴器。
2.根据权利要求1所述的试验台，其特征在于:在试验台架上安装有T型台，T型台表面设有倒T型轨道槽，T型台上固定设有一长方体条状结构的T型台对中条；T型台对中条的槽分布在其表面，用于固定加载电机安装座、扭矩传感器支座和被测电机安装座；加载电机安装座、被测电机安装座、扭矩传感器支座通过贯穿在它们底部中心轴的T型台对中条保持相互之间的对中位置关系；扭矩传感器支座位于被测电机安装座和加载电机安装座之间，扭矩传感器由扭矩传感器支座固定在T型台上；被测电机由被测电机安装座固定在T型台上，被测电机的转动轴与低惯量联轴器的法兰进行平键联接，低惯量绝缘联轴器另一端与扭矩传感器进行联接；加载电机由加载电机安装座固定在T型台上，角加速度测量装置与加载电机的转轴固定；角加速度测量装置另一端与扭矩传感器连接，与低惯量绝缘联轴器相对在扭矩传感器两侧。
3.根据权利要求1或2所述的试验台，其特征在于:角加速度测量装置由一U型支板保持其稳定。
4.根据权利要求1或2所述的试验台，其特征在于:在被测电机安装座上设有轴承，轴承由被测电机安装座支撑并由阶梯型挡板、低惯量绝缘联轴器的法兰压紧；轴承套在低惯量绝缘联轴器法兰上保证低惯量绝缘联轴器转动的稳定性。
5.根据权利要求1或2所述的试验台，其特征在于:所述加载电机安装座为对称式结构件，中间开有圆孔，底座开有四个螺纹孔用于与T型台进行固定；所述U型支板为对称式结构件，上部开有U型槽，且两端开有螺栓槽，通过螺栓与加载电机进行连接，起到支撑的作用；所述扭矩传感器支座为T型对称结构体，上表面均布着四个螺纹孔用于与扭矩传感器的固定，下表面均开着四个螺纹孔，通过螺栓固定在T型台上；所述被测电机安装座为对称式结构件，中间开有圆孔，底座开有四个螺纹孔用来与T型台进行固定。
6.权利要求1所述的一种伺服电机极限能力测试试验台，其测试过程为:由控制器进行参数设置，然后控制器发出指令信号给被测电机驱动器，控制被测电机实现偏置、方波和扫频等各种测试工况的运动；在操纵被测电机运动的同时，控制器给加载电机驱动器发出加载控制信号，通过加载电机控制加载力矩的大小；然后扭矩传感器实时采集当前扭矩值和当前转速，其中扭矩信号作为闭环控制的反馈信号，而转速信号作为多余力补偿的参考信号；之后由加载电机及驱动器、扭矩传感器和控制器构成闭环力矩控制系统，其加载力矩的指令信号由负载特性计算得到，反馈值为当前扭矩，偏差信号经过控制器演算，得到加载控制信号送给加载电机驱动器，作为其电流环输入，从而形成完整的力矩控制系统；最后扭矩传感器采集到转角信号，在控制器中可以计算当前转速，并构建前馈环来消除由被测电机运动引发的多余力现象。
【文档编号】G01R31/34GK104297683SQ201410532213
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月10日 优先权日:2014年10月10日
【发明者】李长春, 延皓, 张金英, 杨雪松 申请人:北京交通大学