CN101211160A

CN101211160A - 伺服系统模拟加载控制装置

Info

Publication number: CN101211160A
Application number: CNA2006101616548A
Authority: CN
Inventors: 戴跃伟; 王执铨; 李军; 葛龙; 杜宪
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2006-12-30
Filing date: 2006-12-30
Publication date: 2008-07-02

Abstract

本发明涉及一种伺服系统模拟加载装置。伺服系统的输出轴通过连轴结与减速器、惯量盘、加载电机依次机械连接，加载电机上连接电机驱动器，电机驱动器与逆变器电气信号连接，力矩控制器与电机驱动器及转矩转速传感器连接，力矩控制器与指令计算机连接，转矩转速传感器设置在伺服系统与加载电机之间的连轴结上。本发明可以模拟任意大小的惯性负载和具有任意特性的动静态负载。由于采用工作在力矩方式下的电动加载方式，克服了直流发电机加载换向困难及磁粉离合器加载可靠性低的缺点，伺服装置加载不存在多余力矩，可以模拟力矩范围宽、精度高、重复频率高、响应速度快的载荷。

Description

伺服系统模拟加载控制装置

一、技术领域

本发明涉及一种控制装置，特别是一种伺服系统模拟加载控制装置。

二、背景技术

对于伺服系统来说，由于工作条件和工作环境不同，它们的执行元件所承受的负载也不一样。各类伺服系统的研制者为保障所研制的伺服系统在交付使用前能充分地进行台架试验，均投入巨大的精力研制模拟负载系统。以往的负载模拟系统所选用的加载方式大致是：直流发电机加载、磁粉离合器加载、电液伺服装置加载。

其中，直流发电机加载方式，通过调节滑线变阻器阻值的大小来改变电枢电流，继而改变力矩大小。由于电枢电流一般较大，变阻箱功率大、体积大且笨重，流经滑线变阻器时又会产生很大的热量，这就给操作上带来了很大的不便，且对加“正、反转向的力矩”十分不便。磁粉离合器加载方式，由于传递力矩的介质是磁粉，所以当励磁电流增加到一定程度，磁路的磁性介质饱和形成了饱和段；当激磁电流减小时，导磁材料会有剩磁而产生磁滞效应，使得力矩与电流并不是严格的线性关系。磁粉离合器在运动过程中，常使磁粉聚集到某处，甚至会出现“卡死”现象，还要定期的更换水封和磁粉，操作起来很不方便。电液伺服加载方式，当电液伺服加载系统的参考输入力矩为零时，由被加载的伺服系统运动引起加载系统的输出力矩，也就是多余力矩。多余力矩的存在严重影响了加载系统的控制性能和加载精度。

三、发明内容

本发明目的在于提供一种伺服系统用的伺服系统模拟加载控制装置，它能有效地模拟伺服系统各种类型的负载。

实现本发明目的的技术解决方案是：一种伺服系统模拟加载控制装置，其特征在于：伺服系统的输出轴通过连轴结与减速器、惯量盘、加载电机依次机械连接，加载电机上连接电机驱动器，电机驱动器与逆变器电气信号连接，力矩控制器与电机驱动器及转矩转速传感器连接，力矩控制器与指令计算机连接，转矩转速传感器设置在伺服系统与加载电机之间的连轴结上。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明可以模拟任意大小的惯性负载和具有任意特性的动静态负载。由于采用工作在力矩方式下的电动加载方式，克服了常规加载方法的不足，具体包括克服了直流发电机加载换向困难的缺点；克服了磁粉离合器加载可靠性低的缺点；克服了电液伺服装置加载存在多余力矩的缺点，等等。可以模拟力矩范围宽、精度高、重复频率高、响应速度快的载荷。

四、附图说明

附图1是本发明的伺服系统模拟加载控制装置的结构示意图。

附图2是本发明的力矩控制器的信号流程图。

五、具体实施方式

下面结合附图详细说明依据本发明提出的具体装置的细节及工作情况。

结合附图1，本发明的伺服系统模拟加载控制装置，伺服系统1的输出轴2通过连轴结3与转矩转速传感器4、减速器5、惯量盘6、加载电机7依次机械连接，加载电机7、电机驱动器8、力矩控制器9、指令计算机10依次电气信号连接，电机驱动器8与逆变器11电气信号连接，力矩控制器10与转矩转速传感器4输出的转矩反馈信号12、转速反馈信号13连接。

其工作过程是：指令计算机10作为给定环节，转矩转速传感器4作为检测元件，在力矩控制器9进行信号综合，其输出作为控制信号施加于电机驱动器8，电机驱动器8在此信号的控制下驱动加载电机7产生需要的力矩，该力矩通过减速器等传动链施加于伺服系统1的输出轴2，所构造的闭环控制系统可以产生人为设定的各种特性的动静态负载。惯量盘6经过减速器5连接在伺服系统1的输出轴2上，可以根据需要来调整惯量盘的尺寸或增减惯量盘的数量，从而模拟任意需要的惯性负载。通过指令计算机10输入需要模拟的负载特性参数，指令计算机10将该参数转换成数字量传递给力矩控制器9，力矩控制器9将其与转速转矩传感器4反馈的力矩信号12进行综合得出控制量，电机驱动器8在该控制量的作用下控制加载电机7产生需要的力矩，由于加载电机7通过传动链与伺服系统1的输出轴相连，因此，加载电机7的输出力矩可以施加到伺服系统，从而达到模拟负载的目的。

当加载电机7工作在电动状态，即该模拟加载装置拖动伺服系统1运动时，称之为主动加载工作状态。此时加载电机1工作在直接转矩控制方式下，动态响应较快，可以快速产生需要的力矩。当加载电机7工作在发电状态，即该模拟加载装置被伺服系统1拖动时，称之为被动加载工作状态。由于加载电机7被拖转，则电机驱动器8的直流母线上会积累高电压，此时必须开启与电机驱动器8相连的逆变器11，从而使得电能可以回馈到电网，以保护驱动器。

具体实现手段是：转矩转速传感器4可以依据伺服系统1的输出力矩大小、转速高低以及所需模拟的负载力矩大小等指标直接购买。减速器5依据伺服系统1实际负载情况设计。惯量盘6依据所需模拟负载的惯量大小进行设计加工。加载电机7、电机驱动器8、逆变器11需要配套选购，其中加载电机7的选型依据是伺服系统1的功率、转矩、转速和所需模拟负载的特性，且加载电机7需采用直接转矩控制技术，才能达到最快速度跟随给定力矩，模拟快速、高频负载的目的。力矩控制器9为自主设计，其信号流程图如附图2中虚线框内部分所示，以DSP为中心处理器，DSP与指令计算机10之间有四路通到，分别实现接受指令、信号反馈以及联络、检错的功能。DSP输出信号经过DA转换和限幅保护后输出控制电机驱动器8。转矩转速传感器的输出力矩信号12、转速信号13通过信号调理、AD转换后输入到DSP。

Claims

1.一种伺服系统模拟加载控制装置，其特征在于：伺服系统[1]的输出轴[2]通过连轴结[3]与减速器[5]、惯量盘[6]、加载电机[7]依次机械连接，加载电机[7]上连接电机驱动器[8]，电机驱动器[8]与逆变器[11]电气信号连接，力矩控制器[9]与电机驱动器及转矩转速传感器[4]连接，力矩控制器[9]与指令计算机[10]连接，转矩转速传感器设置在伺服系统与加载电机之间的连轴结上。

2.根据权利要求1所述的伺服系统模拟加载控制装置，其特征在于：转矩转速传感器[4]设置在伺服系统与减速器[5]之间的连轴结上。

3.根据权利要求1或所述的伺服系统模拟加载控制装置，其特征在于：以DSP为中心处理器，DSP与指令计算机10之间设置四路通道，分别实现接受指令、信号反馈以及联络、检错的功能，DSP输出信号经过DA转换和限幅保护后输出控制电机驱动器8，转矩转速传感器的输出力矩信号12、转速信号13通过信号调理、AD转换后输入到DSP。

4.根据权利要求1或2所述的伺服系统模拟加载控制装置，其特征在于电机驱动器[8]与逆变器[11]连接，将电能回馈给电网。

5.根据权利要求1所述的伺服系统模拟加载控制装置，其特征在于力矩控制器[9]与转矩转速传感器[4]反馈的力矩信号[12]、转速信号[13]连接，即转矩和转速作为闭环控制中反馈环节的被检测量。