CN104298227B - 中小型交流永磁同步电机运动性能测试装置及方法 - Google Patents
中小型交流永磁同步电机运动性能测试装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种中小型交流永磁同步电机运动性能测试装置及方法，该装置包括面包平板平台，所述面包平板平台的台面上设置有动态扭矩测量仪，所述动态扭矩测量仪输入端通过一转接轴与交流永磁同步电机输出端相连接，所述动态扭矩测量仪输出端通过另一转接轴连接到磁粉制动器，所述交流永磁同步电机输出轴上套设有光电码盘，所述交流永磁同步电机由控制驱动电气系统驱动，所述控制驱动电气系统、光电码盘、动态扭矩测量仪输出端均与电机运动控制性能检测系统输入端电性连接，所述电机运动控制性能检测系统输出端与交流永磁同步电机输入端电性连接。该装置轻巧、便携且使用方便，方便技术人员在不同工作状况下研究优化交流永磁同步电机的新控制策略。
Description
技术领域
本发明涉及一种便携式电机运动性能测试装置及方法，尤其是中小型交流永磁同步电机运动性能测试装置及方法。
背景技术
中小型交流永磁同步电机具有结构简单、体积小、额外损耗低、转矩电流比高、快速响应能力好、易于散热及维护保养等特点，广泛应用于工业领域，尤其是要求高精度、高性能的激光加工设备、数控机床、机器人等领域。目前稀土永磁新材料、机电一体化、电力电子等中小型交流永磁同步电机硬件系统技术已趋于完善，而以“软形式”存在的控制策略具有较大的柔性，为此，研究先进控制策略以提高中小型交流永磁同步电机控制系统的性能，已是当前中小型交流永磁同步电机的发展趋势。
在研究与验证先进控制策略时，需测试在中小型交流永磁同步电机多参数不确定、空载、负载突增、突减、负载平稳等工况环境下先进控制策略的控制性能，根据测试结果对进行控制策略优化和改进。采用在成品设备中测试中小型交流永磁同步电机控制策略，无法模拟测试控制策略所需的各种工况，也无法监控电机运行过程中的控制量、输出量和参数估计值等数据，优化和改进新控制策略将非常困难，而且控制策略存在未知的缺陷可能对设备产生损坏，且测试成本也很高。
因此，一般在电机实验平台上做控制策略测试，但现有电机测试平台多为铸铁T型槽平台，其体积大、重量重、移动难，对结构简单、体积小的中小型交流永磁同步电机测试不适用。所以设计出一种便携的中小型交流永磁同步电机性能测试平台，以方便研究、分析、优化先进控制策略的控制效果，就成为研究中小型交流永磁同步电机亟待解决的问题。
发明内容
为了克服上述现有电机测试平台的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种轻巧、便携、使用方便的中小型交流永磁同步电机运动性能测试装置及方法，以方便技术人员在不同工作状况下研究优化中小型交流永磁同步电机的新型控制策略。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案一是：一种中小型交流永磁同步电机运动性能测试装置，包括面包平板平台，所述面包平板平台的台面上设置有动态扭矩测量仪，所述动态扭矩测量仪的输入端通过一转接轴与中小型交流永磁同步电机的输出端相连接，所述动态扭矩测量仪的输出端通过另一转接轴连接到作为负载模拟器的磁粉制动器，所述中小型交流永磁同步电机的输出轴上套设有光电码盘，所述中小型交流永磁同步电机由控制驱动电气系统驱动，所述控制驱动电气系统、光电码盘、动态扭矩测量仪的输出端均与电机运动控制性能检测系统的输入端电性连接，所述电机运动控制性能检测系统的输出端与中小型交流永磁同步电机的输入端电性连接, 所述面包平板平台的台面还固定有两个用于固定控制驱动电气系统和电机运动控制性能检测系统的电气隔离平板。
进一步的，所述光电码盘采用绝对式光电码盘。
进一步的，所述中小型交流永磁同步电机通过电机转接板固定于面包平板平台的台面上，所述光电码盘通过一仪器转接板固定于面包平板平台的台面上，所述动态扭矩测量仪通过仪器固定座固定于面包平板平台的台面上，所述磁粉制动器通过另一仪器转接板固定于面包平板平台的台面上。
进一步的，所述面包平板平台为台面光滑平整的不锈钢平板，所述不锈钢平板上开设有多个阵列分布的25mm*25mm孔距M6螺纹孔。
进一步的，所述电机转接板包括电机固定板、电机转接底板及三角支架，所述电机固定板上设置有多种适用不同功率的中小型交流永磁同步电机及其传感器的安装孔位，所述电机转接底板开设有多个阵列分布的25mm*25mm孔距M6螺纹孔以与面包平板平台不同位置固定，所述电机固定板与电机转接底板之间采用四个三角支架固定。
进一步的，所述仪器转接板包括仪器固定板、仪器转接底板及三角支架，所述仪器固定板上设置有多种适用不同仪器的安装孔位，所述仪器转接底板开设有多个阵列分布的25mm*25mm孔距M6螺纹孔以与面包平板平台不同位置固定，所述仪器固定板与仪器转接底板之间采用两个三角支架固定。
进一步的，所述电气隔离平板包括绝缘隔离板和连接柱，所述绝缘隔离板上开设有多个阵列分布的25mm*25mm孔距M3螺纹孔以与电气系统电路板固定，所述连接柱的上端为M6阳螺纹以与绝缘隔离板固定，所述连接柱的下端为M6阴螺纹以通过螺栓与面包平板平台固定。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案二是：一种中小型交流永磁同步电机运动性能测试方法，采用上述的中小型交流永磁同步电机运动性能测试装置，并包括以下步骤：
（1）控制驱动电气系统负责先进控制算法的运行和中小型交流永磁同步电机的驱动：建立中小型交流永磁同步电机新控制策略，编程成相应软件模块并将其预设入控制驱动电气系统的高速处理芯片内，并通过其控制驱动板上的TCP/IP网络模块向电机运动控制性能检测系统传输电机运行控制算法过程中的控制量、输出量数据；
（2）光电码盘将测量到的中小型交流永磁同步电机的位置数据传输给电机运动控制性能检测系统；
（3）动态扭矩测量仪测量中小型交流永磁同步电机输出的电磁转矩，并通过串口通信向电机运动控制性能检测系统传输检测到的电磁转矩数据；
（4）通过电流控制的磁粉制动器模拟不同工况条件，使测试平台能进行空载、负载突增、负载突减、负载平稳测试实验，验证控制算法的动态、稳态性能；
（5）电机运动控制性能检测系统接收步骤（1）、步骤（2）、步骤（3）中的数据，检测中小型交流永磁同步电机控制的电流、速度、位置以及输出的电磁转矩信号，并将上述数据输入电机运动控制性能测试系统的高速处理芯片内的电机性能测试程序模块，计算出新控制策略下电机运动控制的性能参数，将上述检测出的中小型交流永磁同步电机控制的电流、速度、位置以及输出的电磁转矩信号和计算出的电机性能参数通过触摸屏选择性显示，以评价各种新控制策略在伺服系统的实际应用效果。
（6）根据步骤（5）中输入电机运动控制性能测试系统的高速处理芯片内的电机性能测试程序模块的数据，计算出电机性能参数，包括：电机速度响应频率、稳态定位精度、负载变化速度稳态恢复时间以及直驱定位的响应时间、超调量。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：该中小型交流永磁同步电机运动性能测试装置结构紧凑、体积小、重量轻、可自由拆装、便于携带且使用方便，适用于结构简单、体积小的中小型交流永磁同步电机测试，方便技术人员在不同工作状况下研究优化中小型交流永磁同步电机的新型控制策略。
附图说明
图1为本发明实施例的系统示意图。
图2为机械连接构件的连接示意图。
图3为电机转接板的主视图。
图4为电机转接板的俯视图。
图5为仪器转接板的主视图。
图6为仪器转接板的俯视图。
图中：1-面包平板平台，2-中小型交流永磁同步电机，3-动态扭矩测量仪，4-转接轴，5-磁粉制动器，6-光电码盘，7-电机转接板，71-电机固定板，72-电机转接底板，8-仪器转接板，81-仪器固定板，82-仪器转接底板，9-仪器固定座，10-电气隔离平板，101-绝缘隔离板，102-连接柱，11-三角支架，12-螺纹孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的阐述。
如图1~2所示，一种中小型交流永磁同步电机运动性能测试装置，包括面包平板平台1，所述面包平板平台1的台面上设置有动态扭矩测量仪3，所述动态扭矩测量仪3的输入端通过一转接轴4与中小型交流永磁同步电机2的输出端相连接，所述动态扭矩测量仪3的输出端通过另一转接轴4连接到作为负载模拟器的磁粉制动器5，所述中小型交流永磁同步电机2的输出轴上套设有光电码盘6，所述中小型交流永磁同步电机2由控制驱动电气系统驱动，所述控制驱动电气系统、光电码盘6、动态扭矩测量仪3的输出端均与电机运动控制性能检测系统的输入端电性连接，所述电机运动控制性能检测系统的输出端与中小型交流永磁同步电机2的输入端电性连接。
在本实施例中，所述中小型交流永磁同步电机2、光电码盘6、动态扭矩测量仪3、磁粉制动器5、控制驱动电气系统以及电机运动控制性能检测系统组成了电气检测系统，所述电气检测系统的仪器设备通过转接板、支架、隔离平板等固定在面包平板平台1上。所述光电码盘6采用绝对式光电码盘，以将测量的电机位置数据传输给电机运动控制性能检测系统。
在本实施例中，所述中小型交流永磁同步电机2通过电机转接板7固定于面包平板平台1的台面上，所述光电码盘6通过一仪器转接板8固定于面包平板平台1的台面上，所述动态扭矩测量仪3通过仪器固定座9固定于面包平板平台1的台面上，所述磁粉制动器5通过另一仪器转接板8固定于面包平板平台1的台面上。
在本实施例中，如图3~4所示，所述电机转接板7包括电机固定板71、电机转接底板72及三角支架11，所述电机固定板71上设置有多种安装孔位，通用性强，适用不同功率的中小型交流永磁同步电机2及其传感器；所述电机转接底板72开设有多个阵列分布的25mm*25mm孔距M6螺纹孔以与面包平板平台1不同位置固定，所述电机固定板71与电机转接底板72之间采用四个三角支架11固定，即电机固定板71前后侧各设两个对称分布的三角支架11，增加了电机转接板7的刚性。
在本实施例中，如图5~6所示，所述仪器转接板8包括仪器固定板81、仪器转接底板82及三角支架11，所述仪器固定板81上设置有多种适用不同仪器的安装孔位，所述仪器转接底板82开设有多个阵列分布的25mm*25mm孔距M6螺纹孔以与面包平板平台1不同位置固定，所述仪器固定板81与仪器转接底板82之间采用两个三角支架11固定。
在本实施例中，所述面包平板平台1的台面还固定有两个用于固定控制驱动电气系统和电机运动控制性能检测系统的电气隔离平板10。所述电气隔离平板10包括绝缘隔离板101和连接柱102，所述绝缘隔离板101上开设有多个阵列分布的25mm*25mm孔距M3螺纹孔以与电气系统电路板固定，所述连接柱102的上端为M6阳螺纹以与绝缘隔离板101固定，所述连接柱102的下端为M6阴螺纹以通过螺栓与面包平板平台1固定。
在本实施例中，所述面包平板平台1为台面光滑平整的不锈钢平板，所述不锈钢平板上开设有多个阵列分布的25mm*25mm孔距M6螺纹孔12，以便于在不同位置固定各种转接板。所述面包平板平台1的台面、电机转接底板72、仪器转接底板82以及仪器固定座9采用同标准阵列的孔距螺纹孔，可方便自由组合固定中小型交流永磁同步电机2以及各种小型仪器与传感器，直接放置在平板平台的台面上使用。
在本实施例中，所述面包平板平台1、电机转接板7、仪器转接板8、仪器固定座9以及电气隔离平板10组成了机械连接构件。其中，所述电机转接板7、仪器转接板8可采用8mm厚的铝合金平板，所述面包平板平台1可采用13mm后的不锈钢平板，台面面积较小、重量较轻且可自由拆装，适合于组成便携式中小型交流永磁同步电机2测试平台系统。
如图1~2所示，一种中小型交流永磁同步电机运动性能测试方法，采用上述的中小型交流永磁同步电机运动性能测试装置，并包括以下步骤：
（1）控制驱动电气系统负责先进控制算法的运行和中小型交流永磁同步电机2的驱动：建立中小型交流永磁同步电机2新控制策略，编程成相应软件模块并将其预设入控制驱动电气系统的高速处理芯片内，并通过其控制驱动板上的TCP/IP网络模块向电机运动控制性能检测系统传输电机运行控制算法过程中的控制量、输出量和其他参数等数据；
（2）光电码盘6将测量到的中小型交流永磁同步电机2的位置数据传输给电机运动控制性能检测系统；
（3）动态扭矩测量仪3测量中小型交流永磁同步电机2输出的电磁转矩，并通过串口通信向电机运动控制性能检测系统传输检测到的电磁转矩数据；
（4）通过电流控制的磁粉制动器5模拟不同工况条件，使测试平台能进行空载、负载突增、负载突减、负载平稳测试实验，验证控制算法的动态、稳态性能；
（5）电机运动控制性能检测系统接收步骤（1）、步骤（2）、步骤（3）中的数据，检测中小型交流永磁同步电机2控制的电流、速度、位置以及输出的电磁转矩信号，并将上述数据输入电机运动控制性能测试系统的高速处理芯片内的电机性能测试程序模块，计算出新控制策略下电机运动控制的性能参数，将上述检测出的中小型交流永磁同步电机控制的电流、速度、位置以及输出的电磁转矩信号和计算出的电机性能参数通过触摸屏选择性显示，以此建立可视化、可选择的电机运动控制性能测试系统，评价各种新控制策略在伺服系统的实际应用效果。
在本实施例中，上述步骤（5）计算出的电机性能参数包括电机速度响应频率、稳态定位精度、负载变化速度稳态恢复时间以及直驱定位的响应时间、超调量等参数。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (8)
1.一种中小型交流永磁同步电机运动性能测试装置，包括面包平板平台，其特征在于：所述面包平板平台的台面上设置有动态扭矩测量仪，所述动态扭矩测量仪的输入端通过一转接轴与中小型交流永磁同步电机的输出端相连接，所述动态扭矩测量仪的输出端通过另一转接轴连接到作为负载模拟器的磁粉制动器，所述中小型交流永磁同步电机的输出轴上套设有光电码盘，所述中小型交流永磁同步电机由控制驱动电气系统驱动，所述控制驱动电气系统、光电码盘、动态扭矩测量仪的输出端均与电机运动控制性能检测系统的输入端电性连接，所述电机运动控制性能检测系统的输出端与中小型交流永磁同步电机的输入端电性连接, 所述面包平板平台的台面还固定有两个用于固定控制驱动电气系统和电机运动控制性能检测系统的电气隔离平板。
2.根据权利要求1所述的中小型交流永磁同步电机运动性能测试装置，其特征在于：所述光电码盘采用绝对式光电码盘。
3.根据权利要求1所述的中小型交流永磁同步电机运动性能测试装置，其特征在于：所述中小型交流永磁同步电机通过电机转接板固定于面包平板平台的台面上，所述光电码盘通过一仪器转接板固定于面包平板平台的台面上，所述动态扭矩测量仪通过仪器固定座固定于面包平板平台的台面上，所述磁粉制动器通过另一仪器转接板固定于面包平板平台的台面上。
4.根据权利要求3所述的中小型交流永磁同步电机运动性能测试装置，其特征在于：所述面包平板平台为台面光滑平整的不锈钢平板，所述不锈钢平板上开设有多个阵列分布的25mm*25mm孔距M6螺纹孔。
5.根据权利要求3或4所述的中小型交流永磁同步电机运动性能测试装置，其特征在于：所述电机转接板包括电机固定板、电机转接底板及三角支架，所述电机固定板上设置有多种适用不同功率的中小型交流永磁同步电机及其传感器的安装孔位，所述电机转接底板开设有多个阵列分布的25mm*25mm孔距M6螺纹孔以与面包平板平台不同位置固定，所述电机固定板与电机转接底板之间采用四个三角支架固定。
6.根据权利要求3或4所述的中小型交流永磁同步电机运动性能测试装置，其特征在于：所述仪器转接板包括仪器固定板、仪器转接底板及三角支架，所述仪器固定板上设置有多种适用不同仪器的安装孔位，所述仪器转接底板开设有多个阵列分布的25mm*25mm孔距M6螺纹孔以与面包平板平台不同位置固定，所述仪器固定板与仪器转接底板之间采用两个三角支架固定。
7.根据权利要求1所述的中小型交流永磁同步电机运动性能测试装置，其特征在于：所述电气隔离平板包括绝缘隔离板和连接柱，所述绝缘隔离板上开设有多个阵列分布的25mm*25mm孔距M3螺纹孔以与电气系统电路板固定，所述连接柱的上端为M6阳螺纹以与绝缘隔离板固定，所述连接柱的下端为M6阴螺纹以通过螺栓与面包平板平台固定。
8.一种中小型交流永磁同步电机运动性能测试方法，其特征在于：采用权利要求1-7中任一项所述的中小型交流永磁同步电机运动性能测试装置，并包括以下步骤：
（1）控制驱动电气系统负责先进控制算法的运行和中小型交流永磁同步电机的驱动：建立中小型交流永磁同步电机新控制策略，编程成相应软件模块并将其预设入控制驱动电气系统的高速处理芯片内，并通过其控制驱动板上的TCP/IP网络模块向电机运动控制性能检测系统传输电机运行控制算法过程中的控制量、输出量数据；
（2）光电码盘将测量到的中小型交流永磁同步电机的位置数据传输给电机运动控制性能检测系统；
（3）动态扭矩测量仪测量中小型交流永磁同步电机输出的电磁转矩，并通过串口通信向电机运动控制性能检测系统传输检测到的电磁转矩数据；
（4）通过电流控制的磁粉制动器模拟不同工况条件，使测试平台能进行空载、负载突增、负载突减、负载平稳测试实验，验证控制算法的动态、稳态性能；
（5）电机运动控制性能检测系统接收步骤（1）、步骤（2）、步骤（3）中的数据，检测中小型交流永磁同步电机控制的电流、速度、位置以及输出的电磁转矩信号，并将上述数据输入电机运动控制性能检测系统的高速处理芯片内的电机性能测试程序模块，计算出新控制策略下电机运动控制的性能参数，将上述检测出的中小型交流永磁同步电机控制的电流、速度、位置以及输出的电磁转矩信号和计算出的电机运动控制的性能参数通过触摸屏选择性显示，以评价各种新控制策略在伺服系统的实际应用效果；
（6）根据步骤（5）中输入电机运动控制性能检测系统的高速处理芯片内的电机性能测试程序模块的数据，计算出电机运动控制的性能参数，包括：电机速度响应频率、稳态定位精度、负载变化速度稳态恢复时间以及直驱定位的响应时间、超调量。
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