CN103162902B - 一种旋转体传动惯量的测试系统 - Google Patents

Abstract

一种旋转体传动惯量的测试系统，它涉及机电类设备传动惯量的测试系统。它包含控制系统(1)、驱动装置(2)、制动器(3)、离合器(4)、采样系统(5)和被测传动惯量(6)，被测传动惯量(6)和离合器(4)均与采样系统(5)连接，采样系统(5)与控制系统(1)连接，控制系统(1)与驱动装置(2)连接，驱动装置(2)与制动器(3)连接，制动器(3)与离合器(4)连接。它采用了高精度的永磁同步电机作为驱动电机，通过变频伺服控制，同时采用了高速高精度采样运算系统，大大提高了设备的可靠性及驱动运行的精度。同时减少变速箱的中间环节，降低了设备的复杂程度，使形状复杂的设备的传动惯量的测试也变得简单可靠。

Description

一种旋转体传动惯量的测试系统

技术领域：

本发明涉及机电类设备传动惯量的测试系统，具体涉及一种适用于所有机电设备中旋转设备的旋转体传动惯量的测试系统。

背景技术：

旋转类机电设备总的传动惯量是质量特性参数测量的一部分，是设备系统性能分析的一个重要参数，它的准确性直接关系到传动类设备的质量、性能与安全。目前，常用的一些试验方法对于旋转类机电设备这类整机系统都有一定的局限性。如扭摆振动法、平行线悬挂法、落体观察法等只适合测小型不规则体，对于大型不规则体并不适用。

另外，以往的测试手段通过模拟的组合飞轮比对，或通过异步电机的测试有10％以上的误差，或计算公式不对，误差很大，影响了设备的设计、制造的精度及可靠性。采用理论计算方式需要对被测部件进行精确的测绘及材料的质量的精确计算。工作量大，同时对形状复杂的部件计算困难，甚至无法计算。

因此，寻找一种简便高精度的测试方法就显得十分必要。

发明内容：

本发明的目的是提供一种旋转体传动惯量的测试系统，它采用了高精度力矩电机作为驱动电机，通过变频伺服控制(或矢量控制)，同时采用了高速高精度采样运算系统，大大提高了设备的可靠性及驱动运行的精度。同时减少变速箱的中间环节，降低了设备的复杂程度，使形状复杂的设备的传动惯量的测试也变得简单可靠。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：它包含控制系统1、驱动装置2、制动器3、离合器4、采样系统5和被测传动惯量6，被测传动惯量6和离合器4均与采样系统5连接，采样系统5与控制系统1连接，控制系统1与驱动装置2连接，驱动装置2与制动器3连接，制动器3与离合器4连接。

所述的控制系统1为伺服控制、变频矢量控制或变频力矩控制。

所述的驱动装置2可以为永磁同步电机、力矩电机、直流电机或同步电机。

所述的采样系统5由速度传感器、扭矩传感器、位移传感器、编码器、电量测试装置及计算机控制运算系统组成。

所述的采样系统5的采样区域由计算机通过计算取得。

由于被测物的传动惯量J_测等于测试总系统传动惯量J减去测试装置的传动惯量J_系统。所述传动惯量J_系统按以下步骤测试：

a、在空车状态下，设备按规定的曲线运行，运行中，系统按设定的时间t1，t2在加速曲线段进行角速度采样，同时自动记录角速度ω(t1)及ω(t2)；t1，t2时对应的角速度之差除以对应时间的之差的商，当t1与t2的差值趋向于零时，即为该时的角加速度β，该时测得的扭矩，即为空车加速时的扭矩N_J空。

b、当系统运行到速度恒定段，系统自动采样的扭矩N_空额为系统摩擦损耗。

c、N_加空为t1，t2之差大于1秒时，由动磨擦引起的扭矩变化，当t1与t2之差趋于零时，N_加空也趋于零。

d、则N_J空减去N_空额和N_加空之差值除以空车时角加速度β所得的商即为系统的传动惯量(空车时的传动惯量)J_系统。

所述的测试总系统传动惯量J由以下步骤测得：

a、当连接被测物后，其特征在于测试系统通过驱动装置按规定方向旋转，运行中，系统按设定的时间t1，t2在加速曲线段进行角速度采样，同时自动记录角速度ω(t1)及ω(t2)；t1，t2时对应的角速度之差除以对应时间的之差的商；当t1与t2的差值趋向于零时，即为该时的角加速度β，该时测得的扭矩，即为系统总加速时的扭矩N_J。

b、被测物连接时，当系统运行到速度恒定段，系统自动采样的扭矩N_J额为整个系统摩擦损耗。

c、N_加为t1，t2之差大于1秒时，由动磨擦引起的扭矩变化，当t1与t2之差趋于零时，N_加也趋于零。

d、则N_J减去N_额和N_加之差值除以被测物连接时系统角加速度β所得的商即为系统的传动惯量(空车时的传动惯量)J。

本发明的原理为：由于驱动装置2在伺服控制下或矢量控制下，转速与时间的关系曲线近乎线性，更能精确的反映角速度与角加速度，使计算出来的传动惯量更精确。由于运行曲线的显示，使采样点能够准确落在同一曲率的上升或下降曲线上。通过两点即可满足测试要求使计算公式简化，通过测试装置在加速或减速过程中直接测试被测装置的传动惯量。

本发明采用了高精度的永磁同步电机作为驱动电机，通过变频伺服控制，极高的线形度，大大提高了设备的可靠性及驱动运行的精度。该设备直接将被测装置与测试装置相连接，并运用了J＝N/β原理，通过驱动测试装置旋转，方便的测得被测装置的传动惯量，解决了以往通过更换或添加传动惯量轮子的笨重办法及复杂的运算方式，使试验大大简化，同时减少变速箱的中间环节，降低了设备的复杂程度，使形状复杂的设备的传动惯量的测试也变得简单可靠。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图，

图2为本发明中驱动装置转速与时间的关系曲线。

具体实施方式：

参照图1-图2，本具体实施方式采用以下技术方案：它包含控制系统1、驱动装置2、制动器3、离合器4、采样系统5和被测传动惯量6，被测传动惯量6和离合器4均与采样系统5连接，采样系统5与控制系统1连接，控制系统1与驱动装置2连接，驱动装置2与制动器3连接，制动器3与离合器4连接。

所述的控制系统1为伺服控制、变频矢量控制、变频力矩控制。

所述的驱动装置2可以为永磁同步电机、力矩电机、直流电机或同步电机。

所述的采样系统5由速度传感器、扭矩传感器、位移传感器、编码器、电量测试装置及计算机控制运算系统组成。

所述的采样系统5的采样区域由计算机通过计算取得，所测试区域见图2的A-B段(或C-D段)。

由于被测物的传动惯量J_测等于测试总系统传动惯量J减去测试装置的传动惯量J_系统。所述传动惯量J_系统按以下步骤测试：

a、在空车状态下，设备按规定的曲线运行，运行中，系统按设定的时间t1，t2在加速段A-B，(或C-D)曲线段进行角速度采样，同时自动记录角速度ω(t1)及ω(t2)。t1，t2时对应的角速度之差除以对应时间的之差的商当t1与t2的差值趋向于零时，即为该时的角加速度β。该时测得的扭矩，即为空车加速时的扭矩N_J空。

b、当系统运行到E-F段即速度恒定段，系统自动采样的扭矩N_空额为系统摩擦损耗。

c、N_加空为t1，t2之差大于1秒时，由动摩擦引起的扭矩变化，当t1与t2之差趋于零时，N_加空也趋于零。

d、则N_J空减去N_空额和N_加空之差值除以空车时角加速度β所得的商即为系统的传动惯量(空车时的传动惯量)J_系统。

所述的测试总系统传动惯量J由以下步骤测得：

a、当连接被测物后，其特征在于测试系统通过驱动装置按规定方向旋转，以图2的曲线运行。运行中，系统按设定的时间t1，t2在加速段A-B，(或C-D)曲线段进行角速度采样，同时自动记录角速度ω(t1)及ω(t2)。t1，t2时对应的角速度之差除以对应时间的之差的商当t1与t2的差值趋向于零时，即为该时的角加速度β。该时测得的扭矩，即为系统总加速时的扭矩N_J。

b、被测物连接时，当系统运行到E-F段即速度恒定段，系统自动采样的扭矩N_J额为整个系统摩擦损耗。

c、N_加为t1，t2之差大于1秒时，由动磨擦引起的扭矩变化，当t1与t2之差趋于零时，N_加也趋于零。

d、则N_J减去N_额和N_加之差值除以被测物连接时系统角加速度β所得的商即为系统的传动惯量(空车时的传动惯量)J。

本具体实施方式的测试原理：逐渐运行使系统加速，同时系统对运行曲线段进行采样，自动记录加速时(或减速时)曲线中斜率相同段中任两点中的扭矩N_J、角速度ω(t1)及ω(t2)及对应的加速(和减速)时间的T1及T2，当加载到额定速度时，系统自动采样记录额定扭矩N，扭矩采样范围见图2的E-F段。

运行结束时，根据测试要求，系统按以下公式计算角加速度：

β＝dω/dt＝|ω(t1)-ω(t2)|/|(T1-T2)|——(1)；

按测试要求系统自动按下面公式计算测试物体连接时的总传动惯量：

计算公式：J＝[N_J-N_加-N_J额]/(dω/dt)——(2)；

上式由N＝Jβ——(3)得到；

N_J为连上传动惯量测试物体测试，加速时传感器得到的总的扭矩；

N_J额是被测传动惯量物体连接时，达到额定速度下，整个测试系统由于摩擦等损耗产生的扭矩；

N_加——由速度变化引起的动摩擦扭矩；

J是测试时系统总的传动惯量；

β——为系统处于测试状态下，处于A-B(或C-D)状态下的加速度(减速度)；

按下式得到被测物体的传动惯量：

J_测＝J-J_系统——(4)；

J_测——被测物体的传动惯量；

J_系统——测试装置的传动惯量；

J_系统由下列公式计算得到：

J_系统＝(N_J空-N_加空-N_空额)/(dω/dt)——(5)；

N_J空——是测试装置自身传动惯量在加速度下引起的扭矩与系统自身损耗产生扭矩之和，由测试系统空车加速测得；

N_空额——为测试系统空载状态下达到额定恒速度时的系统损耗产生的扭矩；

N_加空——空车在加速状态下由速度变化引起的动摩擦扭矩。

公式J＝[N_J-N_加-N_J额]/(dω/dt)中考虑了系统摩擦力产生的扭矩N、系统自身传动惯量产生的扭矩的N_测和测试系统与被测系统组合时的综合扭矩。

本具体实施方式具有以下优点：

1、采用永磁同步电机作为驱动装置，与异步电机驱动相比，没有10％的原理误差；

2、采用饲服控制系统，能够得到线形的加速减速曲线；

3、高速的采样速率，高速的数据传输、处理能力确保了积分的准确性，从而使得到的传动惯量精度更高，更接近真值；

4、由于曲线可记录，数据可重复性，不仅可通过事先设置采样点，也可通过事后在同一曲线上任两点进行采样分析，以判别数据的重复性，大大提高了试验数据的可靠性；

5、由于采取使设备运转进行测试，大大减少了计算的复杂性，特别是对形体复杂设备的传动惯量的运算，大大简化了传动惯量的求导过程；

6、在原理中充分考虑了影响传动惯量测试中的各种因素，消除了测试的中的误差来源。

Claims (3)

1.一种旋转体传动惯量的测试系统，其特征在于

1)它包含控制系统(1)、驱动装置(2)、制动器(3)、离合器(4)、采样系统(5)和被测传动惯量(6)，被测传动惯量(6)和离合器(4)均与采样系统(5)连接，采样系统(5)与控制系统(1)连接，控制系统(1)与驱动装置(2)连接，驱动装置(2)与制动器(3)连接，制动器(3)与离合器(4)连接；

2)采样系统(5)由速度传感器、扭矩传感器、电量测试装置及计算机控制运算系统组成；

3)测试系统中被测物的传动惯量J_测等于测试总系统传动惯量J减去测试装置的传动惯量J_系统，传动惯量J_系统按以下步骤测试：

(a)、在空车状态下，设备按规定的曲线运行，运行中，系统按设定的时间t1，t2在加速曲线段进行角速度采样，同时自动记录角速度ω(t1)及ω(t2)；t1，t2时对应的角速度之差除以对应时间的之差的商，当t1与t2的差值趋向于零时，即为该时的角加速度β，该时测得的扭矩，即为空车加速时的扭矩N_J空；

(b)、当系统运行到速度恒定段，系统自动采样的扭矩N_空额为系统摩擦损耗；

(c)、N_加空为t1，t2之差大于1秒时，由动摩差引起的扭矩变化，当t1与t2之差趋于零时，N_加空也趋于零；

(d)、则N_J空减去N_空额和N_加空之差值除以空车时角加速度β所得的商即为系统的传动惯量J_系统。

2.根据权利要求1所述的一种旋转体传动惯量的测试系统，其特征在于 所述的驱动装置(2)为力矩电机。

3.根据权利要求1所述的一种旋转体传动惯量的测试系统，其特征在于所述的测试总系统传动惯量J由以下步骤测得：

(a)、当连接被测物后，其特征在于测试系统通过驱动装置按规定方向旋转，运行中，系统按设定的时间t1，t2在加速曲线段进行角速度采样，同时自动记录角速度ω(t1)及ω(t2)；t1，t2时对应的角速度之差除以对应时间的之差的商；当t1与t2的差值趋向于零时，即为该时的角加速度β，该时测得的扭矩，即为系统总加速时的扭矩N_J；

(b)、被测物连接时，当系统运行到速度恒定段，系统自动采样的扭矩N_J额为整个系统摩擦损耗；

(c)、N_加为t1，t2之差大于1秒时，由动磨差引起的扭矩变化，当t1与t2之差趋于零时，N_加也趋于零；

(d)、则N_J减去N_额和N_加之差值除以被测物连接时系统角加速度β所得的商即为系统的传动惯量J。