CN105891713A - 一种伺服电机测试平台变负载变惯量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种伺服电机测试平台变负载变惯量控制方法，包括以下步骤：用户通过上位机向DAC模块发送变负载变惯量操作指令，DAC模块将输入的变负载变惯量操作指令信号变换成相应控制信号而后输出到信号调理模块调理，而后输出到功率放大器换为相应大小的激磁电流，并相应输出至模拟载荷模块，模拟载荷模块对被测电机加载不同的工况；根据上位机发送变负载变惯量操作指令的不同，通过变负载变惯量控制方法实现对伺服电机的不同加载、卸载、加惯量、卸惯量方式。本发明可广泛地应用于需要全面测试伺服电机在不同工况下机械性能的场合。

Description

一种伺服电机测试平台变负载变惯量控制方法

技术领域

本发明属于电机测试领域，涉及一种伺服电机测试平台变负载变惯量控制方法，特别涉及电机机械性能测试方法。

背景技术

目前伺服电机测试方法多采用对拖加载法，如中国专利局于2010年08月04日公开了一份CN101793605B号文献，名称为基于伺服电机的动态加载方法，该基于伺服电机的动态加载方法所用系统包括被测伺服电机、加载电机、转矩/转速传感器，它可以先用转矩/转速传感器标定加载电机的输入输出转矩关系曲线，系统控制器根据给定的载荷谱及关系曲线发送驱动转矩指令值和制动转矩指令值，对被测电机进行加载；其不足之处是该系统只能模拟摩擦负载状态的转矩曲线、弹性模拟负载状态的转矩曲线和模拟粘滞负载状态的转矩曲线中的任意一种、任意两种叠加或三种叠加，且在测试过程中不能改变加载到系统的惯量大小。然而伺服电机在实际工作中可能出现无法预料的变负载变惯量工况，目前存在的伺服电机测试装置或系统不能全面模拟给被测伺服电机加载的负载和惯量的大小及类型，因此不能完全模拟伺服电机工作的实际工况。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前伺服电机机械性能测试试验技术的不足，提出一种伺服电机测试平台变负载变惯量控制方法，模拟伺服电机实际工作中变负载变惯量的工况，从而能够更加真实地测试电机的机械性能。其可实现在伺服电机机械性能测试时提供的不同的加载工况、卸载工况、加惯量工况和卸惯量工况，用于全面模拟伺服电机工作的实际工况。

为实现上述目标，本发明的技术方案概述如下：

一种伺服电机测试平台变负载变惯量控制方法，该方法所使用的装置至少由信号采集处理控制模块、被测电机模块、模拟载荷模块所组成；所述信号采集处理控制模块由上位机1、转速转矩传感器4、信号调理模块9、DAC模块10、编码器和计数器模块11所组成；所述被测电机模块由伺服电机驱动器2、伺服电机3所组成；所述模拟载荷模块由磁粉制动器5、磁粉离合器6、惯量块7、功率放大器8所组成；所述伺服电机3与转速转矩传感器4、磁粉制动器5、磁粉离合器6、惯量块7依次机械连接。

用户通过所述上位机1向DAC模块10发送变负载操作指令，所述DAC模块10将输入的变负载操作指令信号变换成模拟控制信号而后输出到信号调理模块9，所述模拟控制信号经信号调理模块9调理后输出到功率放大器8，所述功率放大器8将输入的信号转换为相应大小的激磁电流，并输出至磁粉制动器5，所述磁粉制动器5根据输入的激磁电流的大小产生不同的输出转矩，并将产生的不同输出转矩作为不同类型负载载荷加载到伺服电机3。

所述DAC模块10输出的模拟控制信号至少包括：变化量值Δu、目标值U_t、变化量值Δu作用的单位时间长度值Δt和到达目标值U_t所需时间的最小值T；用户可随时调整所述DAC模块10输出的模拟控制信号的变化量值Δu、目标值U_t、变化量值Δu作用的单位时间长度值Δt和到达目标值U_t所需时间的最小值T，进而控制磁粉制动器5的输出转矩值大小随时间做任意变化。

根据所述上位机1发送变负载操作指令的不同，通过变负载控制方法实现对伺服电机3的不同加载方式和卸载方式。其中加载方式又分为突变加载方式和非突变加载方式，卸载方式又分为突变卸载方式和非突变卸载方式。

用户通过所述上位机1向DAC模块10发送变惯量操作指令，所述DAC模块10将输入的变负载操作指令信号变换成开关控制信号而后输出到信号调理模块9，所述开关控制信号经信号调理模块9调理后输出到功率放大器8，所述功率放大器8将输入的信号转换为相应周期、占空比的激磁电流，并输出至磁粉离合器6，改变所述磁粉离合器6的激磁线圈的“失电”和“得电”状态来改变磁粉离合器6的“分离”和“结合”的状态，从而实现灵活地改变加载到系统的转动惯量的大小。

所述DAC模块10输出的开关控制信号至少包括：作用周期时间长度值Ts，作用量占空比值N；用户通过上位机1调整所述DAC模块10输出的开关控制信号的作用周期时间长度值Ts，作用量占空比值N，实现控制磁粉离合器6的“分离”和“结合”的状态，进而使所述“分离”和“结合”的状态随时间做任意变化。

根据所述上位机1发送变惯量操作指令的不同，通过变惯量控制方法实现对伺服电机3的不同加惯量方式和卸惯量方式。磁粉离合器6在每个开关控制信号的作用周期时间长度值Ts内处于“结合”状态的时间长度值Tsc＝Ts*N，其中N为开关控制信号的作用量占空比值，Ts值为大于0的任意数值，具体值可依具体需求确定；当N取值为大于0且小于等于1的任意数值时系统处于加惯量工况，当N取值等于0时系统处于卸惯量工况。

本发明具有以下优点：

1.本发明采用参数化设计，根据用户所希望实现的电机机械性能测试工况的不同，可以灵活地调节DAC模块输出的模拟控制信号的变化量值Δu、模拟控制信号的目标值U_t、模拟控制信号的变化量值Δu作用单位时间长度值Δt和模拟控制信号的到达目标值U_t所需时间总长度值T这4个参数，还可以灵活地调节DAC模块输出的开关控制信号的作用周期时间长度值Ts，开关控制信号的作用量占空比值N这2个参数，进而实现输出不同的控制信号及控制信号变换、组合，较好的满足在系统上实现用户给定工况这一要求。

2.本发明可全面模拟电机工作的实际工况(加载、卸载、加惯量和卸惯量)，即可以通过调节DAC模块输出的模拟控制信号的变化量值Δu、模拟控制信号的目标值U_t、模拟控制信号的变化量值Δu作用单位时间长度值Δt和模拟控制信号的到达目标值U_t所需时间总长度值T这4个参数，实现磁粉制动器输出力矩值大小随时间做任意变化，还可以通过调节DAC模块输出的开关控制信号的作用周期时间长度值Ts，开关控制信号的作用量占空比值N这2个参数，实现磁粉离合器“分离”和“结合”状态随时间做任意变化，进而实现对被测伺服电机充分的静/动态特性测试，具有装置结构简单、操作容易、成本低、精度高等特点，具有良好的应用前景。

附图说明

附图为是一种伺服电机测试平台变负载变惯量控制方法所用装置示意图：

附图中1-上位机；2-伺服电机驱动器；3-伺服电机；4-转速转矩传感器；5-磁粉制动器；6-磁粉离合器；7-惯量块；8-功率放大器；9-信号调理模块；10-DAC模块；11-编码器和计数器模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明一种伺服电机测试平台变负载变惯量控制方法，该方法所使用的装置如附图所示，包括上位机1、伺服电机驱动器2、伺服电机3、转速转矩传感器4、磁粉制动器5、磁粉离合器6、惯量块7、功率放大器8、信号调理模块9、DAC模块10、编码器和计数器模块11。其中，上位机1、转速转矩传感器4、信号调理模块9、DAC模块10、编码器和计数器模块11组成信号采集处理模块；伺服电机驱动器2、伺服电机3组成被测电机模块；磁粉制动器5、磁粉离合器6、惯量块7、功率放大器8组成模拟载荷模块。伺服电机3、转速转矩传感器4、磁粉制动器5、磁粉离合器6共同放置在测试平台上，转矩转速传感器4设置在伺服电机3和磁粉制动器5之间，伺服电机3的转轴与转矩转速传感器4的转轴之间用联轴器连接，磁粉制动器5的转轴与转矩转速传感器4的转轴之间用联轴器连接，磁粉离合器6的转轴与磁粉制动器5的转轴之间用联轴器连接，惯量块7通过键安装在磁粉离合器5的转轴上。

一种伺服电机测试平台变负载变惯量控制方法的具体步骤为：

用户通过所述上位机1向DAC模块10发送变负载操作指令，所述DAC模块10将输入的变负载操作指令信号变换成模拟控制信号而后输出到信号调理模块9，所述模拟控制信号经信号调理模块9调理后输出到功率放大器8，所述功率放大器8将输入的信号转换为相应大小的激磁电流，并输出至磁粉制动器5，所述磁粉制动器5根据输入的激磁电流的大小产生不同的输出转矩，并将产生的不同输出转矩作为不同类型负载载荷加载到伺服电机3。

一种伺服电机测试平台变负载变惯量控制方法的具体步骤为：

用户通过所述上位机1向DAC模块10发送变惯量操作指令，所述DAC模块10将输入的变负载操作指令信号变换成开关控制信号而后输出到信号调理模块9，所述开关控制信号经信号调理模块9调理后输出到功率放大器8，所述功率放大器8将输入的信号转换为相应周期、占空比的激磁电流，并输出至磁粉离合器6，改变所述磁粉离合器6的激磁线圈的“失电”和“得电”状态来改变磁粉离合器6的“分离”和“结合”的状态，从而实现灵活地改变加载到系统的转动惯量的大小。

本发明所述的一种伺服电机测试平台变负载变惯量控制方法，可实现的加载方式分为突变加载方式和非突变加载方式。其中加载方式又分为突变加载方式和非突变加载方式，卸载方式又分为突变卸载方式和非突变卸载方式；无论系统处于何种加载方式或卸载方式下，均可实现加惯量方式工作或卸惯量方式工作。

当用户加载方式为突变加载时，应使DAC模块10输出模拟控制信号的变化量值Δu等于模拟控制信号的目标值U_t，模拟控制信号的变化量值Δu作用单位时间长度值Δt等于模拟控制信号的到达目标值U_t所需时间的最小值T。

假定所用装置模拟控制信号的目标值U_t为5V，则模拟控制信号的变化量值Δu也设为5V，假定所用装置模拟控制信号的变化量值Δu作用单位时间长度值Δt为30毫秒，则模拟控制信号的到达目标值U_t所需时间的最小值T也为30毫秒，即模拟控制信号将在一个单位时间长度值30毫秒内达到其目标值U_t。

当用户加载方式为非突变加载时，应使DAC模块10输出模拟控制信号的目标值U_t＝k₁Δu，模拟控制信号的到达目标值U_t所需时间的最小值T＝k₂Δt，其中k₁、k₂为系数，k₁、k₂具体值可依具体需求确定，Δu为模拟控制信号的变化量值，Δt为模拟控制信号的变化量值Δu作用单位时间长度值。

假定所用装置模拟控制信号的目标值U_t为12V，设定模拟控制信号的变化量值Δu设为0.5V，则待定系数k₁＝24，假定所用装置模拟控制信号的变化量值Δu作用单位时间长度值Δt为50毫秒，则模拟控制信号的到达目标值U_t所需时间的最小值T至少为1200毫秒；若用户调整模拟控制信号的到达目标值U_t所需时间的最小值T大于1200毫秒(如1500毫秒)，则待定系数k₂＝30；此外，用户任能在使用过程中随时调整模拟控制信号的目标值U_t、定模拟控制信号的变化量值Δu、模拟控制信号的变化量值Δu作用单位时间长度值Δt、模拟控制信号的到达目标值U_t所需时间的最小值T进而控制磁粉制动器5输出所需的输出力矩。

假定所用装置模拟控制信号的目标值U_t为12V，设定模拟控制信号的变化量值Δu设为0.5V，则待定系数k₁＝24，假定所用装置模拟控制信号的变化量值Δu作用单位时间长度值Δt为50毫秒，运行150毫秒后，此时刻DAC模块10输出模拟控制信号值为1.5V，同时用户将模拟控制信号的目标值U_t调整为8V，并调整模拟控制信号的变化量值Δu设为1V，调整模拟控制信号的变化量值Δu作用单位时间长度值Δt为1000毫秒，则模拟控制信号的到达目标值U_t所需时间的最小值T至少为6500毫秒，算得待定系数k₁＝6.5。

本发明所述的一种伺服电机测试平台变负载变惯量控制方法，可实现的卸载方式分为突变卸载方式和非突变卸载方式。

当用户卸载方式为突变卸载时，应使DAC模块10输出模拟控制信号的目标值U_t＝U₀，模拟控制信号的到达目标值U_t所需时间的最小值T等于Δt，其中U₀为磁粉制动器5产生制动力矩为0时对应的模拟控制信号的目标值，Δt为模拟控制信号的变化量值Δu作用单位时间长度值。

假定所用装置当前时刻DAC模块10输出模拟控制信号的目标值U_t＝5V，而磁粉制动器5产生制动力矩为0时对应的模拟控制信号的目标值U₀为0V，则DAC模块10输出模拟控制信号的目标值U_t＝U₀＝0V，模拟控制信号的变化量值Δu设为-5V，假定所用装置模拟控制信号的变化量值Δu作用单位时间长度值Δt为30毫秒，则模拟控制信号的到达目标值U_t所需时间的最小值T也为30毫秒，即模拟控制信号将在一个单位时间长度值30毫秒内达到其目标值U_t。

当用户卸载方式为非突变卸载时，应使DAC模块10输出模拟控制信号的目标值U_t＝U₀＝k₃Δu，模拟控制信号的到达目标值U_t所需时间的最小值T＝k₄Δt，其中k₃、k₄为系数，k₃、k₄具体值可依具体需求确定，Δu为模拟控制信号的变化量值，Δt为模拟控制信号的变化量值Δu作用单位时间长度值，U₀为磁粉制动器5产生制动力矩为0时对应的模拟控制信号的目标值。

假定所用装置当前时刻DAC模块10输出模拟控制信号的目标值U_t＝5V，而磁粉制动器5产生制动力矩为0时对应的模拟控制信号的目标值U₀为0V，DAC模块10输出模拟控制信号的目标值U_t＝U₀＝0V，设定模拟控制信号的变化量值Δu设为-0.5V，则待定系数k₃＝10，假定所用装置模拟控制信号的变化量值Δu作用单位时间长度值Δt为500毫秒，则模拟控制信号的到达目标值U_t所需时间的最小值T至少为5000毫秒；若设定模拟控制信号的到达目标值U_t所需时间的最小值T大于5000毫秒(如8250毫秒)，则待定系数k₄＝16.5。

无论当前系统处于何种加载方式或卸载方式下，当用户需加惯量方式工作时(此处假定所需加惯量方式的作用周期时间长度值为3600秒，作用量占空比值为0.5)，应使DAC模块10输出开关控制信号作用周期时间长度值Ts＝3600秒，作用量占空比值N＝0.6，当DAC模块输出该开关控制信号时，磁粉离合器6首先“结合”3600*0.6＝2160秒，随后再“分离”3600*(1-0.6)＝1440秒；当用户以卸惯量方式工作时(此处假定卸惯量方式的作用周期时间长度值为500秒)，应使DAC模块10输出开关控制信号作用周期时间长度值Ts＝500秒，作用量占空比值N＝0，当DAC模块输出该开关控制信号时，磁粉离合器6“分离”500秒。当用户使DAC模块10输出开关控制信号作用周期时间长度值Ts＝4000秒，作用量占空比值N＝0.7，当DAC模块输出该开关控制信号时，磁粉离合器6首先“结合”，若运行500秒后用户调整DAC模块10输出开关控制信号作用周期时间长度值Ts＝300秒，作用量占空比值N＝0.5，DAC模块立即输出该开关控制信号，磁粉离合器6将首先“结合”300*0.5＝150秒，随后再“分离”3600*(1-0.5)＝150秒。

在此说明书中，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然本发明不局限于上述具体实施例，还可以做出各种修改、变换和变形。因此，说明书和附图应该被认为是说明性的而非限制性的。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种伺服电机测试平台变负载变惯量控制方法，该方法所使用的装置至少由信号采集处理控制模块、被测电机模块、模拟载荷模块所组成；

所述信号采集处理控制模块由上位机(1)、转速转矩传感器(4)、信号调理模块(9)、DAC模块(10)、编码器和计数器模块(11)所组成；

所述被测电机模块由伺服电机驱动器(2)、伺服电机(3)所组成；

所述模拟载荷模块由磁粉制动器(5)、磁粉离合器(6)、惯量块(7)、功率放大器(8)所组成；

所述伺服电机(3)与转速转矩传感器(4)、磁粉制动器(5)、磁粉离合器(6)、惯量块(7)依次机械连接；

其特征在于：一种伺服电机测试平台变负载变惯量控制方法的具体步骤为：

用户通过所述上位机(1)向DAC模块(10)发送变负载操作指令，所述DAC模块(10)将输入的变负载操作指令信号变换成模拟控制信号而后输出到信号调理模块(9)，所述模拟控制信号经信号调理模块(9)调理后输出到功率放大器(8)，所述功率放大器(8)将输入的信号转换为相应大小的激磁电流，并输出至磁粉制动器(5)，所述磁粉制动器(5)根据输入的激磁电流的大小产生不同的输出转矩，并将产生的不同输出转矩作为不同类型负载载荷加载到伺服电机(3)；

所述DAC模块(10)输出的模拟控制信号至少包括：变化量值Δu、目标值U_t、变化量值Δu作用的单位时间长度值Δt和到达目标值U_t所需时间的最小值T；用户通过上位机(1)调整所述DAC模块(10)输出的模拟控制信号的变化量值Δu、目标值U_t、变化量值Δu作用的单位时间长度值Δt和到达目标值U_t所需时间的最小值T，实现控制磁粉制动器(5)的输出转矩值大小，所述输出转矩值的大小是随时间做任意变化；

根据所述上位机(1)发送变负载操作指令的不同，通过变负载控制方法实现对伺服电机(3)的不同加载方式和卸载方式；

其特征还在于：一种伺服电机测试平台变负载变惯量控制方法的具体步骤为：

用户通过所述上位机(1)向DAC模块(10)发送变惯量操作指令，所述DAC模块(10)将输入的变负载操作指令信号变换成开关控制信号而后输出到信号调理模块(9)，所述开关控制信号经信号调理模块(9)调理后输出到功率放大器(8)，所述功率放大器(8)将输入的信号转换为相应周期、占空比的激磁电流，并输出至磁粉离合器(6)，改变所述磁粉离合器(6)的激磁线圈的“失电”和“得电”状态来改变磁粉离合器(6)的“分离”和“结合”的状态，从而实现灵活地改变加载到系统的转动惯量的大小；

所述DAC模块(10)输出的开关控制信号至少包括：作用周期时间长度值Ts，作用量占空比值N；用户通过上位机(1)调整所述DAC模块(10)输出的开关控制信号的作用周期时间长度值Ts，作用量占空比值N，实现控制磁粉离合器(6)的“分离”和“结合”的状态，所述“分离”和“结合”的状态是随时间做任意变化；

根据所述上位机(1)发送变惯量操作指令的不同，通过变惯量控制方法实现对伺服电机(3)的不同加惯量方式和卸惯量方式。

2.根据权利要求1所述的一种伺服电机测试平台变负载变惯量控制方法，其特征在于，所述加载方式分为突变加载方式和非突变加载方式。

3.根据权利要求1所述的一种伺服电机测试平台变负载变惯量控制方法，其特征在于，所述卸载方式分为突变卸载方式和非突变卸载方式。

4.根据权利要求2所述突变加载方式，其特征在于，DAC模块(10)输出的模拟控制信号的变化量值Δu等于模拟控制信号的目标值U_t，模拟控制信号的到达目标值U_t所需时间的最小值T等于模拟控制信号的变化量值Δu作用单位时间长度值Δt。

5.根据权利要求2所述非突变加载方式，其特征在于，DAC模块(10)输出模拟控制信号的目标值U_t＝k₁Δu，模拟控制信号的到达目标值U_t所需时间的最小值T＝k₂Δt，其中k₁、k₂为系数，k₁、k₂具体值可依具体需求确定，Δu为模拟控制信号的变化量值，Δt为模拟控制信号的变化量值Δu作用单位时间长度值。

6.根据权利要求3所述突变卸载方式，其特征在于，DAC模块(10)输出模拟控制信号的目标值U_t＝U₀，模拟控制信号的到达目标值U_t所需时间的最小值T等于Δt，其中U₀为磁粉制动器(5)产生制动力矩为0时对应的模拟控制信号的目标值，Δt为模拟控制信号的变化量值Δu作用单位时间长度值。

7.根据权利要求3所述非突变卸载方式，其特征在于，DAC模块(10)输出模拟控制信号的目标值U_t＝U₀＝k₃Δu，模拟控制信号的到达目标值U_t所需时间的最小值T＝k₄Δt，其中k₃、k₄为系数，k₃、k₄具体值可依具体需求确定，Δu为模拟控制信号的变化量值，Δt为模拟控制信号的变化量值Δu作用单位时间长度值，U₀为磁粉制动器(5)产生制动力矩为0时对应的模拟控制信号的目标值。

8.根据权利要求1所述的一种伺服电机测试平台变负载变惯量控制方法，其特征在于，当系统处于所述加惯量方式时，磁粉离合器(6)在每个开关控制信号的作用周期时间长度值Ts内处于“结合”状态的时间长度值Tsc＝Ts*N，其中N为开关控制信号的作用量占空比值，N取值可以为大于0且小于等于1的任意数值，Ts值为大于0的任意数值，具体值可依具体需求确定。

9.根据权利要求1所述的一种伺服电机测试平台变负载变惯量控制方法，其特征在于，当系统处于所述卸惯量方式时，磁粉离合器(6)在每个开关控制信号的作用周期时间长度值Ts内处于“结合”状态的时间长度值Tsc＝Ts*N，其中N为开关控制信号的作用量占空比值，N＝0，Ts值为大于0的任意数值，具体值可依具体需求确定。