CN107525663A - 一种动态负载模拟测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动态负载模拟测试装置，包括工作台，工作台上安装有被测对象支架、扭矩传感器支架、伺服换向器支架、伺服电机支架和加速度传感器支架，被测对象支架上安装有被测对象，被测对象通过第一联轴器与扭矩传感器连接，扭矩传感器安装在扭矩传感器支架上，扭矩传感器通过第二联轴器与伺服换向器连接，伺服换向器安装在伺服换向器支架上，伺服换向器通过第三联轴器和第四联轴器分别与伺服电机和加速度传感器连接，扭矩传感器、伺服电机和加速度传感器均与测控系统连接。本发明通过控制一个伺服电机可以同时模拟动态惯性负载及动态扭矩负载多种负载形式，代替了传统的惯性负载和扭矩负载分别控制模拟的情况，减少了实验成本和占地空间。
Description
一种动态负载模拟测试装置及测试方法
技术领域
[0001] 本发明涉及动态负载模拟测试装置及测试方法，属于力学实验技术领域。
背景技术
[0002] 负载模拟技术是指在实验室条件下，通过一定的技术手段模拟加载对象的负载力 或力矩，是一种新兴的半实物仿真与试验技术。在新产品和新技术的研究与测试中，负载模 拟技术克服了必须在实际环境中使用实际的加载对象进行研究的局限性，不仅可以节约试 验成本、降低试验风险，而且一些在实际中无法实现的研究方案和系统模型也可以通过半 实物的负载模拟平台实现。尤其是在诸如航空航天、海洋工程等一些不易进行在线测试的 领域，负载模拟技术就显得更加重要。
[0003] 中国专利授权公告号为201220233572.0的专利公开了一种模拟负载实验装置，用 于对电机和减速机进行测试，该模拟负载试验装置包括从动齿轮、主动齿轮、增速器、惯性 轮、被试电机和减速机，该发明能同时模拟惯性负载及扭矩负载，但在试验过程中不能实时 且无级调节所施加的负载值。在现有技术中为了实现在试验中调节惯性负载，一般采用改 变飞轮盘的数量，通过拆装飞轮盘改变惯性负载，故每次调整惯性负载的操作都非常繁琐。 中国专利授权公告号为CN201410510967.4的专利公开了一种动态负载模拟测试实验平台， 包括第一扭矩传感器、第一轴承、角度传感器、滑环、飞轮、离合器、第二轴承、第二扭矩传感 器、磁粉制动器和测控系统，飞轮轮面上均匀地安装有多个电动直线滑台；该发明能同时模 拟惯性负载及扭矩负载，在模拟过程中，可实时测试被试对象的扭矩、转角、转速及角加速 度，并对惯性负载及扭矩负载进行实时、精确的调节，提高了动态负载模拟精度。虽然该装 置功能强大，但该装置结构复杂，大的转动惯量需要很大的飞轮，制造成本高，占地面积大。
发明内容
[0004] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种动态负载模拟测试 装置及测试方法，利用伺服电机可以同时模拟动态惯性负载及动态扭矩负载多种负载形 式，代替了传统的惯性负载和扭矩负载分别控制模拟的情况，减少了实验成本和占地空间。
[0005] 技术方案:为解决上述技术问题，本发明的一种动态负载模拟测试装置，包括工作 台，所述工作台上安装有被测对象支架、扭矩传感器支架、伺服换向器支架、伺服电机支架 和加速度传感器支架，所述被测对象支架上安装有被测对象，被测对象通过第一联轴器与 扭矩传感器连接，扭矩传感器安装在扭矩传感器支架上，扭矩传感器通过第二联轴器与伺 服换向器连接，伺服换向器安装在伺服换向器支架上，伺服换向器通过第三联轴器和第四 联轴器分别与伺服电机和加速度传感器连接，扭矩传感器、伺服电机和加速度传感器均与 测控系统连接。
[0006] 作为优选，所述工作台安装在安装机座上，安装机座为一梯形框架，由多根槽钢和 方钢焊接而成，上表面四周加工有多个光孔。工作台为一长方形钢板，钢板中间和周围均加 工有螺纹孔;工作台通过螺钉安装在安装机座上，工作台上面安装有各种支架。
[0007] 作为优选，所述被测对象支架、扭矩传感器支架和伺服换向器支架均为工字形支 架，上下两面均加工有光孔;所述伺服电机支架和加速度传感器支架均为L型支架，直角处 设有加强筋，底面均加工有光孔，伺服电机支架侧面加工有电机安装螺纹孔和定位孔，加速 度传感器支架侧面加工有光孔和加速度传感器安装孔。
[0008] 作为优选，所述伺服换向器为精密伺服换向器，伺服换向器减速比为1:1，其有一 个输入轴和两个输出轴，三个轴分别成90度分布。
[0009] —种上述的动态负载模拟测试装置的测试方法，包括以下步骤：
[0010] (a)测试系统根据被测对象的特性，建立转动惯量J随时间t的函数J = J⑴和摩擦 力矩随时间t的函数Tf = Tf (t)，则被测对象的负载函数T = J (t) *a (t) 2+Tf (t)，其中a (t)为 被测对象在t时刻的角加速度，负载函数T可以是方程形式也可以是参数表达形式；
[0011] (b)启动被试对象，并使伺服电机工作在力矩模式，在某一时刻ti，通过扭矩传感 器获取伺服电机产生的实际负载T1，通过角加速度传感器获取被测对象的角加速度Ct1，通过 伺服电机的编码器获取被测对象的转角θ1;
[0012] (c)根据步骤(a)中建立的负载函数，计算出ti时刻的理想负载
，则ti时刻实际负载Ti与理想负载‘
然后通过闭环控制算法计算下 一时刻伺服电机力矩输出值，并控制伺服电机动作；
[0013] (d)根据用户输入，判断是否停止实验，如果是则停止实验，否则返回执行步骤 (b) 〇
[0014] 有益效果:与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0015] 本发明通过控制一个伺服电机可以同时模拟动态惯性负载及动态扭矩负载多种 负载形式，代替了传统的惯性负载和扭矩负载分别控制模拟的情况，减少了实验成本和占 地空间;在模拟过程中，可实时测试被测对象的扭矩、转角、转速和角加速度，并能通过控制 电机对惯性负载和扭矩负载进行实时、精确的调节，提高了动态负载模拟的精度。
附图说明
[0016] 图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
[0017] 如图1所示，本发明的动态负载模拟测试装置，包括:安装机座1、工作台2、被测对 象支架3、被测对象4、第一联轴器5、扭矩传感器支架6、扭矩传感器7、第二联轴器8、伺服换 向器支架10、伺服换向器9、第三联轴器11、伺服电机支架12、伺服电机13、第四联轴器15、加 速度传感器支架14、加速度传感器16、测控系统17。
[0018] 本发明中，安装机座1为一梯形框架，由多根槽钢和方钢焊接而成，上表面四周加 工有多个光孔;上面安装有工作台2。工作台2为一长方形钢板，钢板中间和周围均加工有螺 纹孔;工作台2通过螺钉安装在安装机座1上，工作台2上面安装有各种支架。被测对象支架 3、扭矩传感器支架6和伺服换向器支架10均为工字形支架，上下两面均加工有光孔;所述的 伺服电机支架12和加速度传感器支架14均为L型支架，直角处设有加强筋，底面均加工有光 孔，伺服电机支架12侧面加工有电机安装螺纹孔和定位孔，加速度传感器支架14侧面加工 有光孔和加速度传感器安装孔。被测对象支架3、扭矩传感器支架6、伺服换向器支架10、伺 服电机支架12和加速度传感器支架14均通过螺钉安装在工作台面上，所述的被测对象4通 过螺钉安装在被测对象支架3上，所述的扭矩传感器7通过螺钉安装在扭矩传感器支架6上， 所述的伺服换向器9通过螺钉固定在伺服换向器支架10上，所述的伺服电机13通过螺钉固 定在伺服电机支架12上，所述的加速度传感器16通过螺钉固定在加速度传感器支架14上。
[0019] 在本发明中，伺服换向器9减速比为1:1，其有一个输入轴和两个输出轴，三个轴分 别成90度分布。扭矩传感器7的一端通过第一联轴器5连接至被测对象4,另一端通过第二联 轴器8与伺服换向器9输入端相连，所述伺服换向器9的一个输出端通过第三联轴器11与伺 服电机13的输出轴相连，所述伺服换向器9的另一输出端通过第四联轴器15与角加速度传 感器14相连接。
[0020] 本发明的负载模拟测试的方法所采用的技术方案包括如下步骤：
[0021] (a)测试系统根据被测对象4的特性，建立转动惯量J随时间t的函数J = J⑴和摩 擦力矩随时间t的函数Tf = Tf (t)，则被测对象4的负载函数T = J (t) *α⑴2+Tf (t)，其中a (t) 为被测对象4在t时刻的角加速度，负载函数T可以是方程形式也可以是参数表达形式。
[0022] (b)启动被试对象4,并使伺服电机13工作在力矩模式，在某一时刻ti，通过扭矩传 感器7获取伺服电机13产生的实际负载Ti,通过角加速度传感器16获取被测对象4的角加速 度〜，通过伺服电机13的编码器获取被测对象4的转角Θ,。
[0023] (c)根据步骤(a)中建立的负载函数，计算出ti时刻的理想负载
I则ti时刻实际负载Ti与理想负载
然后通过闭环控制算法计算下 一时刻伺服电机13力矩输出值，并控制伺服电机13动作。
[0024] (d)根据用户输入，判断是否停止实验，如果是则停止实验，否则返回执行步骤 (b) 〇
[0025] 对于上述方法，优选的，建立转动惯量J随时间Θ的函数J = J (Θ)和摩擦力矩随时间 Θ的函数Tf = Tf (Θ)，函数可以是方程形式也可以是参数表达形式。
Claims (5)
1. 一种动态负载模拟测试装置，其特征在于:包括工作台，所述工作台上安装有被测对 象支架、扭矩传感器支架、伺服换向器支架、伺服电机支架和加速度传感器支架，所述被测 对象支架上安装有被测对象，被测对象通过第一联轴器与扭矩传感器连接，扭矩传感器安 装在扭矩传感器支架上，扭矩传感器通过第二联轴器与伺服换向器连接，伺服换向器安装 在伺服换向器支架上，伺服换向器通过第三联轴器和第四联轴器分别与伺服电机和加速度 传感器连接，扭矩传感器、伺服电机和加速度传感器均与测控系统连接。
2. 根据权利要求1所述的动态负载模拟测试装置，其特征在于:所述工作台安装在安装 机座上，安装机座为一梯形框架，由多根槽钢和方钢焊接而成，上表面四周加工有多个光 孔。
3. 根据权利要求1所述的动态负载模拟测试装置，其特征在于:所述被测对象支架、扭 矩传感器支架和伺服换向器支架均为工字形支架，上下两面均加工有光孔;所述伺服电机 支架和加速度传感器支架均为L型支架，直角处设有加强筋，底面均加工有光孔，伺服电机 支架侧面加工有电机安装螺纹孔和定位孔，加速度传感器支架侧面加工有光孔和加速度传 感器安装孔。
4. 根据权利要求1所述的动态负载模拟测试装置，其特征在于:所述伺服换向器为精密 伺服换向器，伺服换向器减速比为1:1，其有一个输入轴和两个输出轴，三个轴分别成90度 分布。
5. —种如权利要求1至4任一项所述的动态负载模拟测试装置的测试方法，其特征在 于，包括以下步骤： (a) 测试系统根据被测对象的特性，建立转动惯量J随时间t的函数J = J⑴和摩擦力矩 随时间七的函数1> = 1>&)，则被测对象的负载函数1 =】(〇*€[红)2+1>(〇，其中€[(〇为被测 对象在t时刻的角加速度； (b) 启动被试对象，并使伺服电机工作在力矩模式，在某一时刻ti，通过扭矩传感器获取 伺服电机产生的实际负载T1，通过角加速度传感器获取被测对象的角加速度Ct1，通过伺服电 机的编码器获取被测对象的转角θ1; (c) 根据步骤（a)中建立的负载函数，计算出^时刻的理想负载
，则ti时刻实际负载Ti与理想负载
之差I
，然后通过闭环控制算法计算下 一时刻伺服电机力矩输出值，并控制伺服电机动作； (d) 根据用户输入，判断是否停止实验，如果是则停止实验，否则返回执行步骤(b)。
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