CN104634573B - 一种用于双电机同轴冗余驱动控制研究的实验台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于双电机同轴冗余驱动控制研究的实验台，其包括基座，沿纵向对称设置在基座两端的第一支撑装置和第二支撑装置，分别固定在第一支撑装置和第二支撑装置上的第一驱动单元和第二驱动单元，分别安装在第一支撑装置和第二支撑装置上的第一传动轴和第二传动轴，以及位于第一传动轴和第二传动轴之间的框架；其中，第一驱动单元与第二驱动单元沿纵向同轴相向设置，第一传动轴和第二传动轴的一端分别与第一驱动单元和第二驱动单元的输出端相连接，另一端通过端部法兰同时与框架紧固连接；第一驱动单元和第二驱动单元分别通过第一传动轴和第二传动轴共同驱动框架做旋转运动。本发明可在实验室内完成双电机同轴冗余驱动控制实验研究。
Description
技术领域
本发明涉及一种电机实验台，尤其涉及一种用于双电机同轴冗余驱动控制研究的实验台。
背景技术
目前在自动化生产领域，由于单电机控制在远距离、高载荷以及多变量控制方面已远远不能满足现代工业发展的需求，因此为了节约成本、提高运行可靠性及稳定性、保证精度要求和实现大功率运行，双电机驱动及其同步控制在机床、起重装备、飞行模拟器中框和同步转台等需要多变量控制、冗余驱动以及消隙等领域中得到广泛研究。
双电机驱动包括独立、柔性以及刚性等连接方式，在柔性或刚性连接方式下，双电机驱动可以克服单电机驱动造成的负载不平衡、大功率驱动成本高等缺点。但由于不同电机的制造材料、制造工艺和制造精度等不同，导致两台不同电机的电器参数和机械特性也不同，而不同的机械结构或系统会对双电机驱动的同步控制性能产生一定的影响，再加上运行过程中的各种外界干扰等的影响，如何保证双电机驱动的跟踪精度、同步精度和抗干扰能力等同步控制性能成为了双电机驱动能否得到广泛应用所需要解决的难题。
在机械系统不变的情况下，可以通过控制算法来改善上述问题。为了进一步验证控制算法的有效性，现在一般需要在实际操作的机械装置中开展实验研究，但这种实验方式存在实验成本高、危险大、风险大等缺陷，尤其在同步控制算法不能满足机械装置承受范围时，会造成严重的安全问题。因此，我们急需一种实验装置，能在较为安全的实验室中对双电机同轴冗余驱动进行测试和实验，避免对实际操作的机械装置进行实验研究。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种操作安全、结构简单、成本低廉，可以开展实验用于检验控制算法对双电机同轴冗余驱动性能的影响的实验台。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于双电机同轴冗余驱动控制研究的实验台，其特征在于，该实验台包括：基座，沿纵向对称设置在所述基座两端的第一支撑装置和第二支撑装置，分别固定在所述第一支撑装置和第二支撑装置上的第一驱动单元和第二驱动单元，分别安装在所述第一支撑装置和第二支撑装置上的第一传动轴和第二传动轴，以及位于所述第一传动轴和第二传动轴之间的框架；其中，所述第一驱动单元与所述第二驱动单元沿纵向同轴相向设置，所述第一传动轴和第二传动轴的一端分别与所述第一驱动单元和第二驱动单元的输出端相连接，另一端通过端部法兰同时与所述框架紧固连接；所述第一驱动单元和第二驱动单元分别通过所述第一传动轴和第二传动轴共同驱动所述框架做旋转运动。
所述第一支撑装置包括第一支撑架和第一支撑座，所述第二支撑装置包括第二支撑架和第二支撑座，所述基座上设置有地脚螺栓孔和连接孔，所述第一支撑架和第二支撑架通过所述连接孔固定在所述基座上，所述第一支撑座和第二支撑座分别悬空固定于所述第一支撑架和第二支撑架的两内侧壁之间。
所述第一驱动单元包括第一驱动电机和第一减速装置，所述第一减速装置安装在所述第一支撑架上，所述第一驱动电机与所述第一减速装置相连接；所述第二驱动单元包括第二驱动电机和第二减速装置，所述第二减速装置安装在所述第二支撑架上，所述第二驱动电机与所述第二减速装置相连接。
所述第一支撑架上安装有第一轴承组，所述第一传动轴通过所述第一轴承组安装在所述第一支撑架上；所述第二支撑架上安装有第二轴承组，所述第二传动轴通过所述第二轴承组安装在所述第二支撑架上。
还包括分别用于检测所述第一驱动单元和第二驱动单元的输出扭矩的第一扭矩传感器和第二扭矩传感器，所述第一扭矩传感器固定于所述第一支撑座上，其一端通过第一联轴器与所述第一减速装置相连接，另一端通过第三联轴器与所述第一传动轴相连接；所述第二扭矩传感器固定于所述第二支撑座上，其一端通过第二联轴器与所述第二减速装置相连接，另一端通过第四联轴器与所述第二传动轴相连接。
所述第一传动轴和第二传动轴上分别设置有销孔，所述第一传动轴和第二传动轴上通过销连接分别固定有第一光栅套和第二光栅套，所述第一光栅套和第二光栅套上分别连接有第一光栅尺和第二光栅尺，所述第一支撑架和第二支撑架上分别通过第一L型支架和第二L型支架固定有第一读数头和第二读数头，所述第一读数头和第二读数头分别与所述第一光栅尺和第二光栅尺相配合，检测所述第一驱动单元和第二驱动单元的输出角位移、角速度和角加速度。
在所述框架的内外表面粘贴应变片，并设置第一滑环和第二滑环，所述第一滑环和第二滑环分别位于所述第一支撑架与所述框架之间和所述第二支撑架与所述框架之间，所述第一滑环和第二滑环的转子分别与所述第一传动轴和第二传动轴连接，所述第一滑环和第二滑环的定子分别通过第一T形支架和第二T形支架固定在所述第一支撑架和第二支撑架上，所述第一滑环和第二滑环将所述框架上的所述应变片采集到的信号输出至整个机械系统外部。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明提供的用于双电机同轴冗余驱动控制研究的实验台，具有双电机同轴冗余驱动系统的必要机械结构，但结构更简单，从而可以在实验室内完成双电机同轴冗余驱动控制的实验研究，大大降低在实际装置中进行上述实验的成本和风险；2、本发明通过设置在驱动单元和传动轴之间的扭矩传感器、设置在传动轴上的光栅尺和设置在支撑架上的读数头以及在框架的不同部位粘贴应变片，可以检测出体现双电机同轴冗余驱动系统性能的各项指标，如驱动单元的输出扭矩、输出角位移、角速度和角加速度以及框架不同部位的应力/应变等，从而可以开展实验检验同步控制算法对双电机同轴冗余驱动系统性能的影响，并对同步控制算法进行优化。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图；
图2是本发明的主视结构示意图；
图3是本发明的传动轴的结构示意图；
图4是本发明的光栅套的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1、图2所示，本发明提供的一种用于双电机同轴冗余驱动控制研究的实验台，包括基座1，沿纵向对称设置在基座1两端的第一支撑装置1-1和第二支撑装置1-2，分别固定在第一支撑装置1-1和第二支撑装置1-2上的第一驱动单元1-3和第二驱动单元1-4，分别安装在第一支撑装置1-1和第二支撑装置1-2上的第一传动轴16和第二传动轴17，以及位于第一传动轴16和第二传动轴17之间的矩形(仅以此为例，并不限于此)框架20。其中，第一驱动单元1-3与第二驱动单元1-4沿纵向同轴相向设置，第一传动轴16和第二传动轴17的一端分别与第一驱动单元1-3和第二驱动单元1-4的输出端相连接，另一端通过端部法兰同时与框架20紧固连接。第一驱动单元1-3和第二驱动单元1-4分别通过第一传动轴16和第二传动轴17共同驱动框架20做旋转运动。
上述实施例中，如图1、图2所示，第一支撑装置1-1包括U形(仅以此为例，并不限于此)第一支撑架2和第一支撑座3，第二支撑装置1-2包括U形(仅以此为例，并不限于此)第二支撑架4和第二支撑座5，基座1上设置有地脚螺栓孔和连接孔(图中未示出)，第一支撑架2和第二支撑架4通过连接孔固定在基座1上，第一支撑座3和第二支撑座5分别悬空固定于第一支撑架2和第二支撑架4的两内侧壁之间。
上述实施例中，如图1、图2所示，第一驱动单元1-3包括第一驱动电机6和第一减速装置7，第一减速装置7安装在第一支撑架2上，第一驱动电机6与第一减速装置7相连接。第二驱动单元1-4包括第二驱动电机8和第二减速装置9，第二减速装置9安装在第二支撑架4上，第二驱动电机8与第二减速装置9相连接。
上述实施例中，如图1、图2，第一支撑架2上安装有第一轴承组14，第一传动轴16通过第一轴承组14安装在第一支撑架2上；第二支撑架4上安装有第二轴承组15，第二传动轴17通过第二轴承组15安装在第二支撑架4上。
上述实施例中，如图1、图2所示，本发明还包括分别用于检测第一驱动单元1-3和第二驱动单元1-4的输出扭矩的第一扭矩传感器10和第二扭矩传感器11，第一扭矩传感器10固定于第一支撑座3上，其一端通过第一联轴器12与第一减速装置7相连接，另一端通过第三联轴器18与第一传动轴16相连接。第二扭矩传感器11固定于第二支撑座5上，其一端通过第二联轴器13与第二减速装置9相连接，另一端通过第四联轴器19与第二传动轴17相连接。当然，也可以采用其他技术手段检测第一驱动单元1-3和第二驱动单元1-4的输出扭矩。
上述实施例中，如图3、图4所示，第一传动轴16和第二传动轴17上分别设置有销孔(图中未示出)，第一传动轴16和第二传动轴17上通过销连接分别固定有第一光栅套23和第二光栅套24，第一光栅套23和第二光栅套24上分别连接有第一光栅尺21和第二光栅尺22。第一支撑架2和第二支撑架4上分别通过第一L型支架29和第二L型支架30固定有第一读数头27和第二读数头28，第一读数头27和第二读数头28分别与第一光栅尺21和第二光栅尺22相配合，用于检测第一驱动单元1-3和第二驱动单元1-4的输出角位移、角速度和角加速度。当然，也可以采用其他传感器检测第一驱动单元和第二驱动单元的运动输出量。
上述实施例中，如图1、图2所示，本发明还可以在框架20的内外表面上粘贴若干应变片，并设置第一滑环31和第二滑环32，第一滑环31和第二滑环32分别位于第一支撑架2与框架20之间和第二支撑架4与框架20之间，第一滑环31和第二滑环32的转子分别通过螺栓(仅以此为例，并不限于此)与第一传动轴16和第二传动轴17连接，第一滑环31和第二滑环32的定子分别通过第一T形支架33和第二T形支架34固定在第一支撑架2和第二支撑架4上，第一滑环31和第二滑环32将框架20上应变片采集到的信号输出至整个机械系统外部，以用于检测框架20不同部位的应力/应变，分析框架20的变形情况。当然，也可以采用其他方式和传感器检测框架20不同部位的应力/应变。
本发明在使用时，实验台通过设置在基座1上的地脚螺栓孔固定在实验室的地板上(仅以此为例，但不限于此)，第一驱动单元1-3驱动第一传动轴16转动，第二驱动单元1-4驱动第二传动轴17转动，第一传动轴16联合第二传动轴17共同驱动框架20做旋转运动。本发明可以在实验室内完成双电机同轴冗余驱动控制的实验研究，从而大大降低在实际装置中进行上述实验的成本和风险，而且通过增加或减少配备相关传感器、构件或者结构，本发明可以进行以下多方面的测试研究：
实施例1、以驱动单元输出扭矩差最小为优化指标的同步控制实验研究。
在本发明提供的实验台上增加第一扭矩传感器10和第二扭矩传感器11，分别用于采集第一驱动单元和第二驱动单元输出的扭矩信号，根据扭矩信号计算得到第一驱动单元和第二驱动单元输出的扭矩差，则可以使第一驱动单元和第二驱动单元的输出扭矩差达到最小为优化指标，研究双电机同轴冗余驱动系统的同步控制算法。
实施例2、以驱动单元输出状态量(角位移、角速度或角加速度)差最小为优化指标的同步控制实验研究。
在本发明提供的实验台上增加第一、第二光栅测量装置，分别用于采集第一驱动单元和第二驱动单元输出的角位移、角速度和角加速度等状态量信号，根据这些状态量信号计算得到第一驱动单元和第二驱动单元输出的状态量之差，则可以使第一驱动单元和第二驱动单元的输出状态量之差达到最小为优化指标，研究双电机同轴冗余驱动系统的同步控制算法。
实施例3、以框架变形最小为优化指标的同步控制实验研究。
在框架20的不同部位粘贴应变片，并在本发明提供的实验台上增加第一滑环31和第二滑环32，通过第一滑环31和第二滑环32将框架20上的应变片采集到的应力/应变信号输出至整个机械系统外部，以用于检测框架20不同部位的应力/应变，得到框架20的变形情况，则可以使框架20的变形最小为优化指标，研究双电机同轴冗余驱动系统的同步控制算法。
实施例4、多优化目标的同步控制实验研究。
在本发明提供的实验台上同时增加配备上述多种相关传感器、构件或结构，同时采集多种信号量并进行相关运算，从而可以以使多个信号量同时达到最优为优化指标，研究双电机同轴冗余驱动系统的同步控制算法。
实施例5、伺服控制系统实验研究。
由于本发明提供的实验台是对称结构，可以任意去掉其中一个驱动单元，仅由另一个驱动单元驱动框架20，同时配备上述多种相关传感器并采集相关传感器的输出数据，以对单一驱动单元的控制反馈情况进行研究。
当然，本发明也可以通过增加或者减少配备其他相关传感器、构件或结构进行其他方面的实验研究，因此凡属于本发明的用途均应包含在本发明的保护范围之内。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (8)
1.一种用于双电机同轴冗余驱动控制研究的实验台，其特征在于，该实验台包括：
基座，
沿纵向对称设置在所述基座两端的第一支撑装置和第二支撑装置，
分别固定在所述第一支撑装置和第二支撑装置上的第一驱动单元和第二驱动单元，
分别安装在所述第一支撑装置和第二支撑装置上的第一传动轴和第二传动轴，以及
位于所述第一传动轴和第二传动轴之间的框架；
其中，所述第一驱动单元与所述第二驱动单元沿纵向同轴相向设置，所述第一传动轴和第二传动轴的一端分别与所述第一驱动单元和第二驱动单元的输出端相连接，另一端通过端部法兰同时与所述框架紧固连接；所述第一驱动单元和第二驱动单元分别通过所述第一传动轴和第二传动轴共同驱动所述框架做旋转运动；
所述第一传动轴和第二传动轴上分别设置有销孔，所述第一传动轴和第二传动轴上通过销连接分别固定有第一光栅套和第二光栅套，所述第一光栅套和第二光栅套上分别连接有第一光栅尺和第二光栅尺，所述第一支撑架和第二支撑架上分别通过第一L型支架和第二L型支架固定有第一读数头和第二读数头，所述第一读数头和第二读数头分别与所述第一光栅尺和第二光栅尺相配合，检测所述第一驱动单元和第二驱动单元的输出角位移、角速度和角加速度。
2.如权利要求1所述的一种用于双电机同轴冗余驱动控制研究的实验台，其特征在于，所述第一支撑装置包括第一支撑架和第一支撑座，所述第二支撑装置包括第二支撑架和第二支撑座，所述基座上设置有地脚螺栓孔和连接孔，所述第一支撑架和第二支撑架通过所述连接孔固定在所述基座上，所述第一支撑座和第二支撑座分别悬空固定于所述第一支撑架和第二支撑架的两内侧壁之间。
3.如权利要求2所述的一种用于双电机同轴冗余驱动控制研究的实验台，其特征在于，所述第一驱动单元包括第一驱动电机和第一减速装置，所述第一减速装置安装在所述第一支撑架上，所述第一驱动电机与所述第一减速装置相连接；所述第二驱动单元包括第二驱动电机和第二减速装置，所述第二减速装置安装在所述第二支撑架上，所述第二驱动电机与所述第二减速装置相连接。
4.如权利要求2所述的一种用于双电机同轴冗余驱动控制研究的实验台，其特征在于，所述第一支撑架上安装有第一轴承组，所述第一传动轴通过所述第一轴承组安装在所述第一支撑架上；所述第二支撑架上安装有第二轴承组，所述第二传动轴通过所述第二轴承组安装在所述第二支撑架上。
5.如权利要求3所述的一种用于双电机同轴冗余驱动控制研究的实验台，其特征在于，所述第一支撑架上安装有第一轴承组，所述第一传动轴通过所述第一轴承组安装在所述第一支撑架上；所述第二支撑架上安装有第二轴承组，所述第二传动轴通过所述第二轴承组安装在所述第二支撑架上。
6.如权利要求3或5所述的一种用于双电机同轴冗余驱动控制研究的实验台，其特征在于，还包括分别用于检测所述第一驱动单元和第二驱动单元的输出扭矩的第一扭矩传感器和第二扭矩传感器，所述第一扭矩传感器固定于所述第一支撑座上，其一端通过第一联轴器与所述第一减速装置相连接，另一端通过第三联轴器与所述第一传动轴相连接；所述第二扭矩传感器固定于所述第二支撑座上，其一端通过第二联轴器与所述第二减速装置相连接，另一端通过第四联轴器与所述第二传动轴相连接。
7.如权利要求2或3或4或5所述的一种用于双电机同轴冗余驱动控制研究的实验台，其特征在于，在所述框架的内外表面粘贴应变片，并设置第一滑环和第二滑环，所述第一滑环和第二滑环分别位于所述第一支撑架与所述框架之间和所述第二支撑架与所述框架之间，所述第一滑环和第二滑环的转子分别与所述第一传动轴和第二传动轴连接，所述第一滑环和第二滑环的定子分别通过第一T形支架和第二T形支架固定在所述第一支撑架和第二支撑架上，所述第一滑环和第二滑环将所述框架上的所述应变片采集到的信号输出至整个机械系统外部。
8.如权利要求6所述的一种用于双电机同轴冗余驱动控制研究的实验台，其特征在于，在所述框架的内外表面粘贴应变片，并设置第一滑环和第二滑环，所述第一滑环和第二滑环分别位于所述第一支撑架与所述框架之间和所述第二支撑架与所述框架之间，所述第一滑环和第二滑环的转子分别与所述第一传动轴和第二传动轴连接，所述第一滑环和第二滑环的定子分别通过第一T形支架和第二T形支架固定在所述第一支撑架和第二支撑架上，所述第一滑环和第二滑环将所述框架上的所述应变片采集到的信号输出至整个机械系统外部。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170714 Termination date: 20180209 |
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