CN104280681A - 电机动态负载模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机动态负载模拟系统，其包括：电机，电机具有输出转轴；第一联轴器；力矩检测器；第二联轴器；磁滞制动器；驱动器；采集器，采集器与力矩检测器相连；电流调整器，电流调整器与磁滞制动器相连，电流调整器调整磁滞制动器的输出力矩；控制器，控制器与驱动器、采集器和电流调整器相连，控制器通过驱动器控制电机，并根据采集器获取的输出转轴的力矩和预设的电流-力矩特性曲线获取目标力矩对应的电流调整值，并根据电流调整值控制电流调整器以使磁滞制动器输出目标力矩。本发明的电机动态负载模拟系统能够实现对电机动态负载的精确模拟，使得电机动态负载模拟系统的实时性、可靠性和准确性得到了提升。

Description

电机动态负载模拟系统

技术领域

本发明涉及电机动态模拟技术领域，特别涉及一种电机动态负载模拟系统。

背景技术

在电机测试中，电机的负载动态施加直接关系到模拟电机控制的研究方法。在空调压缩机领域，电机实际运行过程中负载都是动态变化的，动态负载使得电机很难有效地模拟。

现有的一种较为典型的电机负载模拟方法中，在控制器中设定了力矩变化曲线，产生相应大小控制电流给离合器，陪测电机转动时候通过离合器把转矩传送给待测电机，使得待测电机的负载转矩变化由与陪测电机产生的转矩和离合器变化的电流共同决定。

现有技术上存在以下缺点：通过加入陪测电机和磁滞离合器进行联合控制来传递转矩给待测的电机，操作起来过于复杂，陪测电机和磁滞离合器组合起来传递的转矩并不好计算，并且无法量化。另外，控制磁滞离合器或制动器的技术中并未指出调节电流的具体实现方式，可以是人为外加一种调压设备去调节电流，并不符合实际的电流与转矩关系的转换，无法精确控制磁滞离合器的电流值，所以无法真正模拟出预设动态负载转矩值加载到电机转子的效果。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷。

为此，本发明的目的在于提出一种电机动态负载模拟系统，能够实现对电机动态负载的精确模拟，使得电机动态负载模拟系统的实时性、可靠性和准确性得到了提升。

为达到上述目的，本发明的实施例提出的一种电机动态负载模拟系统，包括：电机，所述电机具有输出转轴；第一联轴器，所述第一联轴器的一端与所述电机的输出转轴相连；力矩检测器，所述力矩检测器与所述第一联轴器的另一端相连，所述力矩检测器检测所述输出转轴的力矩；第二联轴器，所述第二联轴器的一端与所述力矩检测器相连；磁滞制动器，所述磁滞制动器与所述第二联轴器相连；驱动器，所述驱动器与所述电机相连，所述驱动器驱动所述电机转动；采集所述输出转轴的力矩的采集器，所述采集器与所述力矩检测器相连；电流调整器，所述电流调整器与所述磁滞制动器相连，所述电流调整器调整所述磁滞制动器的输出力矩；以及控制器，所述控制器与所述驱动器、采集器和电流调整器相连，所述控制器通过所述驱动器控制所述电机，并根据所述采集器获取的所述输出转轴的力矩和预设的电流-力矩特性曲线获取目标力矩对应的电流调整值，并根据所述电流调整值控制所述电流调整器以使所述磁滞制动器输出所述目标力矩。

根据本发明实施例提出的电机动态负载模拟系统，去除了人为控制方式，以电控的方式实现对电机动态负载的精确模拟，使得电机动态负载模拟系统的实时性、可靠性和准确性得到了提升。

优选地，在本发明的一个实施例中，所述磁滞制动器包括励磁绕组，所述电流调整器包括：H桥模块，所述H桥模块与所述励磁绕组相连；电压源模块，所述电压源模块与所述H桥模块相连；驱动模块，所述驱动模块与所述H桥模块相连，所述驱动模块对所述H桥模块进行驱动；其中，所述控制器与所述驱动模块相连，所述控制器对所述驱动模块进行控制。

此外，所述电流调整器还包括：采样模块，所述采样模块与所述H桥模块相连，所述采样模块采样流过所述励磁绕组的电流值；放大模块，所述放大模块与所述采样模块和所述控制器分别相连，所述放大模块将所述采样模块采样的电流值进行放大后发送至所述控制器。

其中，所述H桥模块进一步包括：第一至第四开关管，所述第一至第四开关管由所述驱动模块驱动控制。

具体地，在本发明的一个实施例中，所述第一至第四开关管为NMOS管，第一NMOS管的漏极与第三NMOS管的漏极相连，第一NMOS管的源极与第二NMOS管的漏极相连，所述第一NMOS管的源极与第二NMOS管的漏极之间具有第一节点，所述第三NMOS管的源极与第四NMOS管的漏极相连，所述第三NMOS管的源极与第四NMOS管的漏极之间具有第二节点，所述第二NMOS管的源极和第四NMOS管的源极分别与所述采样模块相连，所述第一NMOS管的栅极、第二NMOS管的栅极、第三NMOS管的栅极和第四NMOS管的栅极均与所述驱动模块相连。

并且，所述励磁绕组连接在所述第一节点和第二节点之间。

优选地，在本发明的一个实施例中，所述控制器根据所述采样模块采样的电流值与预设的电流值进行比较，并根据比较结果调整输出至所述驱动模块的PWM信号的占空比。

其中，当所述采样的电流值小于所述预设的电流值时，所述控制器增大所述PWM信号的占空比；当所述采样的电流值大于所述预设的电流值时，所述控制器减小所述PWM信号的占空比。

优选地，在本发明的一个实施例中，所述采集器通过所述力矩检测器采集所述输出转轴的力矩以获得所述电机的实际运行力矩曲线，所述控制器根据所述实际运行力矩曲线和所述预设的电流-力矩特性曲线调整所述目标力矩对应的电流调整值。

在本发明的一些实施例中，所述电机可以为交流同步电机或直流无刷电机。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的电机动态负载模拟系统的结构示意图；

图2为磁滞制动器的电流-力矩特性曲线关系示意图；

图3为根据本发明一个实施例的电机动态负载模拟系统中电流调整器的电路示意图；以及

图4为根据本发明一个实施例的电机动态负载模拟系统的控制原理示意图。

附图标记：

电机1、第一联轴器2、力矩检测器3、第二联轴器4、磁滞制动器5、驱动器6、采集器7、电流调整器8和控制器9；PC机10，励磁绕组51、H桥模块81、电压源模块82、驱动模块83、采样模块84和放大模块85。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的电机动态负载模拟系统。

图1为根据本发明实施例的电机动态负载模拟系统的结构示意图。如图1所示，该电机动态负载模拟系统包括电机1、第一联轴器2、力矩检测器3、第二联轴器4、磁滞制动器5、驱动器6、采集器7、电流调整器8和控制器9。

其中，电机1具有输出转轴，第一联轴器2的一端与电机1的输出转轴相连，力矩检测器3与第一联轴器2的另一端相连，力矩检测器3检测所述输出转轴的力矩。在本发明的一个示例中，力矩检测器3可以为力矩传感器，力矩传感器检测的值可以以电压方式采集得到。

如图1所示，第二联轴器4的一端与力矩检测器3相连，磁滞制动器5与第二联轴器4的另一端相连，驱动器6与电机1相连，驱动器6驱动电机1转动。采集器7与力矩检测器3相连，采集器7用于采集所述输出转轴的力矩，其中，采集器7可以为电压采集单元，输出电压曲线给控制器9。

电流调整器8与磁滞制动器5相连，电流调整器8调整磁滞制动器5的输出力矩，控制器9与驱动器6、采集器7和电流调整器8相连，控制器9通过驱动器6控制电机1，并根据采集器7获取的所述输出转轴的力矩和预设的电流-力矩特性曲线获取目标力矩对应的电流调整值，并根据电流调整值控制电流调整器8以使磁滞制动器5输出目标力矩。

其中，电机1可以为交流同步电机或直流无刷电机。

在本发明的实施例中，磁滞制动器5对应有预设的电流-力矩特性曲线，如图2所示，通过控制磁滞制动器5的电流就可以模拟负载转矩。因此，控制器9例如DSP处理器通过控制电流调整器8例如电流可调单元来控制输出电流，从而可以控制输出转矩，即言，动态的电流通过磁滞制动器5转换成动态的负载转矩施加给电机1，通过对电流的精确调节实现对电机负载的精确模拟。

在本发明的一个实施例中，如图1所示，该电机动态负载模拟系统还包括PC机10，PC机10把所需负载曲线的指令通过通信方式传给DSP处理器即控制器9，DSP处理器通过磁滞制动器5的预设的电流-力矩特性曲线换算出磁滞制动器5的励磁绕组51所需的电流曲线。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如图3所示，磁滞制动器5包括励磁绕组51，电流调整器8包括H桥模块81、电压源模块82和驱动模块83。其中，H桥模块81与励磁绕组51相连，电压源模块82与H桥模块81相连，驱动模块83与H桥模块81相连，驱动模块83对H桥模块81进行驱动，并且控制器9与驱动模块83相连，控制器9对驱动模块83进行控制。

如图3所示，在本发明的电机动态负载模拟系统中，电流调整器8还包括采样模块84和放大模块85，采样模块84与H桥模块81相连，采样模块84采样流过励磁绕组51的电流值，放大模块85与采样模块84和控制器9分别相连，放大模块85将采样模块84采样的电流值进行放大后发送至控制器9。

具体地，在本实施例中，如图3所示，H桥模块81包括第一至第四开关管T1、T2、T3、T4，第一至第四开关管T1、T2、T3、T4由驱动模块83驱动控制。其中，第一至第四开关管T1、T2、T3、T4可以为NMOS管，当然也可以为同类可替代的其他功率器件，第一NMOS管的漏极与第三NMOS管的漏极相连，第一NMOS管的源极与第二NMOS管的漏极相连，所述第一NMOS管的源极与第二NMOS管的漏极之间具有第一节点J1，所述第三NMOS管的源极与第四NMOS管的漏极相连，所述第三NMOS管的源极与第四NMOS管的漏极之间具有第二节点J2，所述第二NMOS管的源极和第四NMOS管的源极分别与采样模块11相连，所述第一NMOS管的栅极、第二NMOS管的栅极、第三NMOS管的栅极和第四NMOS管的栅极均与驱动模块54相连。

如图3所示，励磁绕组51连接在第一节点J1和第二节点J2之间。在本实施例中，DSP处理器经过驱动模块83输出PWM信号打开T1（NMOS管），T4一直开，而T3和T2关闭，这时电压源模块82例如直流电压源（例如12V直流电压源）输出的电流可以通过H桥模块81的T1与T4直接流过励磁绕组51，通过控制T1的PWM信号就可以控制流过励磁绕组51的电流以指数方式上升，同时采样模块84中的采样电阻对T4下桥臂进行电流采样即采样流过励磁绕组51的电流值，通过放大模块85放大后传给DSP处理器，在单位周期5kHZ情况下，DSP处理器将上升电流和预设的电流值的差值用PI整定方式进行处理以控制T1的PWM信号的占空比。当流过励磁绕组51的电流小于预设的电流值时，控制T1的PWM信号的占空比增大以控制流过励磁绕组51的电流开始增大。当流过励磁绕组51的电流大于预设的电流值时，控制T1的PWM信号的占空比减小以控制流过励磁绕组51的电流开始减小。这样，使得流过励磁绕组51的电流在预设的电流值处，波动极小，电流非常平滑。即言，给定电流的差值通过控制器的PI参数的整定可以维持电流达到预设的电流值。

也就是说，控制器9根据采样模块84采样的电流值与预设的电流值进行比较，并根据比较结果调整输出至驱动模块83的PWM信号的占空比。其中，当所述采样的电流值小于所述预设的电流值时，控制器9增大所述PWM信号的占空比；当所述采样的电流值大于所述预设的电流值时，控制器9减小所述PWM信号的占空比。

如果被测电机1反向运动时，磁滞制动器5也应该反向制动，可以利用T3、T2以同样的方式实施。

通过这种方式产生设定的电流曲线，由于控制器控制周期很小，可以随时设定动态电流，从而可以通过对电流的精确调节实现对电机负载的精确模拟。

在本发明的一个实施例中，采集器7通过力矩检测器3采集输出转轴的力矩以获得电机1的实际运行力矩曲线，控制器9根据实际运行力矩曲线和预设的电流-力矩特性曲线调整目标力矩对应的电流调整值。

也就是说，如图4所示，通过PC机10设定电机1需要模拟的动态负载曲线，即预设的电流-力矩特性曲线。控制器9根据预设的电流-力矩特性曲线获得需要加载的动态电流曲线，并调整控制开关管T1与T4的PWM信号的占空比以控制流过磁滞制动器5的励磁绕组51的电流，动态负载对电机产生制动，即言，动态负载是磁滞制动器5施加给电机1的，当控制器输出PWM信号控制电流调整器8给磁滞制动器5通入变化曲线的电流时，磁滞制动器5中的励磁绕组51产生曲线电流，曲线电流对应曲线负载（励磁电流通过绕组产生磁场对电机进行制动便是对转子施加负载）。力矩检测器3通过采集器7输出电压曲线，即输出的力矩由力矩检测器3来测出，力矩检测器3输出的是电压信号给控制器9采集（即DSP处理器具有AD电压采集功能，采集器7主要是对电压信号范围进行缩小以适合DSP处理器采集的电平变化），控制器9从而获得电机实际的运行力矩曲线，控制器9处理后通过通信方式传给PC机10进行数据显示，其中PC机10还显示预设的电流-力矩特性曲线，与实际测量出的动态电机运行力矩曲线进行对比，以此为依据来调整后续的动态负载设定曲线，从而完成对电机动态负载进行精确模拟。其中，在控制流过磁滞制动器5的励磁绕组51的电流时，采样模块84中的采样电阻还对流过励磁绕组51的电流值进行采样以获得实测电流，通过放大模块85放大后传给控制器9，控制器将实测电流和预设的电流值之间的差值用PI整定方式进行处理以控制T1与T4的PWM信号的占空比，最终达到精确调节流过励磁绕组51的电流。

根据本发明实施例的电机动态负载模拟系统，去除了人为控制方式，以电控的方式实现对电机动态负载的精确模拟，使得电机动态负载模拟系统的实时性、可靠性和准确性得到了提升。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种电机动态负载模拟系统，其特征在于，包括：

电机，所述电机具有输出转轴；

第一联轴器，所述第一联轴器的一端与所述电机的输出转轴相连；

力矩检测器，所述力矩检测器与所述第一联轴器的另一端相连，所述力矩检测器检测所述输出转轴的力矩；

第二联轴器，所述第二联轴器的一端与所述力矩检测器相连；

磁滞制动器，所述磁滞制动器与所述第二联轴器相连；

驱动器，所述驱动器与所述电机相连，所述驱动器驱动所述电机转动；

采集所述输出转轴的力矩的采集器，所述采集器与所述力矩检测器相连；

电流调整器，所述电流调整器与所述磁滞制动器相连，所述电流调整器调整所述磁滞制动器的输出力矩；以及

控制器，所述控制器与所述驱动器、采集器和电流调整器相连，所述控制器通过所述驱动器控制所述电机，并根据所述采集器获取的所述输出转轴的力矩和预设的电流-力矩特性曲线获取目标力矩对应的电流调整值，并根据所述电流调整值控制所述电流调整器以使所述磁滞制动器输出所述目标力矩。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述磁滞制动器包括励磁绕组，所述电流调整器包括：

H桥模块，所述H桥模块与所述励磁绕组相连；

电压源模块，所述电压源模块与所述H桥模块相连；

驱动模块，所述驱动模块与所述H桥模块相连，所述驱动模块对所述H桥模块进行驱动；

其中，所述控制器与所述驱动模块相连，所述控制器对所述驱动模块进行控制。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电流调整器还包括：

采样模块，所述采样模块与所述H桥模块相连，所述采样模块采样流过所述励磁绕组的电流值；

放大模块，所述放大模块与所述采样模块和所述控制器分别相连，所述放大模块将所述采样模块采样的电流值进行放大后发送至所述控制器。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述H桥模块进一步包括：

第一至第四开关管，所述第一至第四开关管由所述驱动模块驱动控制。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一至第四开关管为NMOS管，第一NMOS管的漏极与第三NMOS管的漏极相连，第一NMOS管的源极与第二NMOS管的漏极相连，所述第一NMOS管的源极与第二NMOS管的漏极之间具有第一节点，所述第三NMOS管的源极与第四NMOS管的漏极相连，所述第三NMOS管的源极与第四NMOS管的漏极之间具有第二节点，所述第二NMOS管的源极和第四NMOS管的源极分别与所述采样模块相连，所述第一NMOS管的栅极、第二NMOS管的栅极、第三NMOS管的栅极和第四NMOS管的栅极均与所述驱动模块相连。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述励磁绕组连接在所述第一节点和第二节点之间。

7.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制器根据所述采样模块采样的电流值与预设的电流值进行比较，并根据比较结果调整输出至所述驱动模块的PWM信号的占空比。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，

当所述采样的电流值小于所述预设的电流值时，所述控制器增大所述PWM信号的占空比；

当所述采样的电流值大于所述预设的电流值时，所述控制器减小所述PWM信号的占空比。

9.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集器通过所述力矩检测器采集所述输出转轴的力矩以获得所述电机的实际运行力矩曲线，所述控制器根据所述实际运行力矩曲线和所述预设的电流-力矩特性曲线调整所述目标力矩对应的电流调整值。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电机为交流同步电机或直流无刷电机。