CN107942767A - 多通道电动伺服疲劳试验加载控制系统 - Google Patents

Abstract

一种多通道电动伺服疲劳试验加载控制系统，包括：多通道实时控制器、负荷传感器及其信号放大器、伺服动力供电设备、伺服驱动器和负荷加载执行器，其中：若干个伺服驱动器并联连接于母线上，伺服动力供电设备通过直流母线给伺服驱动器供电。伺服驱动器驱动负荷加载执行器对试验样件施加所需要的负荷，在负荷加载执行器与试验样件之间连接有负荷传感器。多通道实时控制器通过编码器接口接收伺服电机编码器信号，通过模拟量输入接口接收负荷反馈信号，多通道实时控制器的实时闭环控制算法通过比较各通道反馈信号与目标信号的差异实时计算调整经模拟量输出接口发给伺服驱动器的扭矩控制指令从而实现多通道的闭环加载控制。

Description

多通道电动伺服疲劳试验加载控制系统

技术领域

本发明涉及的是一种疲劳试验领域的技术，具体是一种多通道电动伺服疲劳试验加载控制系统。

背景技术

目前多通道疲劳试验装备的负荷加载执行器都是液压伺服缸或液压伺服马达，控制系统则为液压伺服控制系统，液压伺服系统占地面积比较大，需要专用的大功率液压泵站，液压伺服控制系统要求液压泵站持续的提供高压的液压流量，即使需要加载很小的负荷，只有这样液压伺服系统才能保证快速的控制响应性和准确性，这就导致了基于液压伺服系统的多轴疲劳试验装备非常的耗能。此外液压伺服系统中有很多精密的伺服阀，分配阀组等等，需要定期更换液压油和系统中的各种滤芯滤网，这也带来了繁重的维护保养工作并增加了维护费用。随着电力电子技术和电机技术的发展，低速高扭矩直驱伺服电机在一定扭矩范围内可以替换液压伺服马达，新型电动伺服缸的出现也可以在一定负荷范围内替换液压伺服缸。采用直驱伺服电机和电动伺服缸替换掉多轴疲劳试验装备的液压负荷加载执行器，就可以免除液压系统的各种弊端，但是需要与伺服电机与电动伺服缸相适应的多通道疲劳试验控制系统。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种多通道电动伺服疲劳试验加载控制系统，在满足同等控制精度的同时克服了液压伺服多通道疲劳系统的噪音大，占地面积大，耗能，维护费用高等缺点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：多通道实时控制器、负荷传感器及其信号放大器、伺服动力供电设备、伺服驱动器和负荷加载执行器，其中：伺服动力供电设备通过直流母线向并联于直流母线上的若干个伺服驱动器供电，伺服驱动器驱动负荷加载执行器对试验样件施加所需要的负荷，负荷传感器设置于负荷加载执行器与试验样件之间，多通道实时控制器通过编码器接口接收伺服驱动器发出的伺服电机编码器信号，通过模拟量输入接口接收经过信号放大器放大后的负荷传感器的负荷反馈信号，多通道实时控制器根据预设的力或者扭矩或电动伺服执行器的线性或角度位置作为控制目标，采用实时闭环控制算法通过比较各通道反馈信号与目标信号的差异实时调整经模拟量输出接口发给伺服驱动器的电机扭矩控制指令从而实现多通道的闭环加载控制。

所述的负荷传感器包括：力传感器和扭矩传感器，其中：力传感器和扭矩传感器分别经由信号放大器与多通道实时控制器相连，多通道实时控制器通过模拟量接口接收经过放大后的力或扭矩的模拟量信号。

所述的负荷加载执行器采用但不限于直驱伺服电机、电动伺服缸，或电机与减速机组成的旋转执行器。

所述的伺服动力供电设备的输出端与直流母线相连，该伺服动力供电设备向直流母线提供直流电源，各通道的伺服驱动通过直流接口连接到直流母线上，通过直流母线获取电能或者向直流母线回馈由于伺服电机制动等工况所产生的电能。

所述的伺服动力供电设备的输入电源为三相工业电源，三相电经内部整流电路变换为高压直流电，通过直流母线给各伺服驱动提供直流电源。

所述的伺服动力供电设备内部进一步优选设有制动斩波器，当直流母线上的直流电压过高时，通过制动斩波器会导通制动电阻来降低直流母线电压，使得直流母线电压保持在正常水平。

所述的多通道实时控制器为每一个伺服驱动器的伺服通道均设有用于接受10V模拟量信号的反馈接口、编码器信号反馈接口以及模拟量指令输出接口。

所述的多通道实时控制器设有以太网接口，通过以太网接口优选与上位控制计算机相连，试验人员操作上位控制计算机的人机界面软件通过以太网对多通道实时控制器进行各种参数的设置和功能的调用，多通道实时控制器通过反馈接口测量到的各通道模拟量和编码器信号通过以太网发送到上位控制计算机，用来显示各通道的数据波形并记录。

技术效果

与现有技术相比，本发明只有在需要加载负荷时才需要消耗电能，而不像液压伺服系统始终需要液压泵站高压高流量运行从而一直消耗电能，所以非常节能，再加上直流母线可以使得处于制动状态的伺服轴所收集的能量供给处于电动状态的伺服轴使用，及制动能量可以多轴之间共享，从而达到进一步节能的效果。占地面积小，噪音小，维护简单。免除了复杂的液压管路，使得加载执行器更便于布置，方便的应用于多样的实际使用环境中。

附图说明

图1为本发明控制系统的信号连接示意图；

图2为本发明控制系统的伺服动力供电模式示意图；

图中：1上位控制计算机、2为多通道实时控制器、3为负荷信号放大器、4为力传感器、5为扭矩传感器、6为伺服驱动、7为电动伺服缸、8为直驱伺服电机、9为伺服动力供电设备、10为制动电阻、11为熔断器、12为直流母线。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实施例包括：多通道实时控制器2、负荷信号放大器3、伺服动力供电设备9、伺服驱动器6、制动电阻10、作为负荷加载执行器的电动伺服缸7和直驱伺服电机8、上位控制计算机1，其中：伺服动力供电设备9给为个通道伺服驱动提供高压直流电源，各通道的伺服驱动通过直流接口连接到直流母线上，通过直流母线获取电能或者向直流母线回馈由于伺服电机制动等工况所产生的电能，多通道实时控制器2通过模拟量(A/D)接口接受经过负荷信号放大器3处理的力传感器4或扭矩传感器5的模拟量信号，通过编码器ENC接口接收伺服发出的伺服电机编码器信号，通过模拟量输出接口(D/A)发出模拟量控制指令给伺服驱动器6。

所述的伺服动力供电设备9的输入电源为三相工业电源，三相电经内部整流器变换为高压直流电，通过直流母线12给各伺服驱动提供直流电源。伺服动力供电设备内部设有制动斩波器，当直流母线上的直流电压过高时，通过制动斩波器会导通制动电阻10来降低直流母线电压，使得直流母线上的电压保持在正常水平。

所述的多通道实时控制器2的为每一个伺服通道都配置有接受10V模拟量信号的反馈接口(A/D)、编码器信号反馈接口(ENC)以及模拟量指令输出接口(D/A)。如图2所示各通道的伺服驱动器6通过直流熔断器11连接到直流母线12上。

所述的伺服驱动器6接受直流供电，接受直流供电的伺服驱动器6将输入的直流逆变成驱动交流伺服电机的三相交流电。伺服驱动器6工作于力矩模式，及伺服放大器模式。多轴实时控制器2通过模拟量输出接口(D/A)给伺服提供实时闭环控制算法计算出的扭矩指令。由于电动伺服的加载时才消耗电能，不加载不消耗电能的特点，再加上多伺服驱动之间的能量共享会进一步降低能耗，该系统的能耗仅为液压伺服疲劳试验系统能耗的1/10.

所述的多通道实时控制器2具有以太网接口，通过上位控制计算机1与多通道实时控制器2进行通讯，试验人员操作上位控制计算机1的人机界面软件通过以太网对多通道实时控制器2进行各种参数的设置和功能的调用，多通道实时控制器2通过反馈接口测量到的各通道模拟量和编码器信号通过以太网发送到上位控制计算机1，用来显示各通道的数据波形并记录。

所述的多通道实时控制器各通道的控制目标可以设定，可以是力或者扭矩，在这种情况下控制闭环采用经模拟量接口反馈回的信号与目标信号做比较从而做力或扭矩闭环控制；控制目标也可以是电动伺服执行器的线性或角度位置，在这种情况下控制闭环采用经编码器接口(ENC)反馈回的信号与目标信号做比较从而做位置闭环控制。

所述的传感器信号放大器可以接受毫伏或毫安的模拟信号，对其调理放大成幅值为10V的可以被多通道控制器中的A/D接口接收的模拟信号。

所述的负荷加载执行器可以是直驱伺服电机8，电动伺服缸7，或电机与减速机组成的旋转执行器。由于不需要了液压泵站，所以就节省出了原来液压泵站所需要的占地空间，也消除了液压泵站带来的噪音。由于没有了液压系统，从而也就免除了液压维护的工作。没有了液压管路，电动负荷加载执行器便于移动，方便布置。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (8)

1.一种多通道电动伺服疲劳试验加载控制系统，其特征在于，包括：多通道实时控制器、负荷传感器及其信号放大器、伺服动力供电设备、伺服驱动器和负荷加载执行器，其中：伺服动力供电设备通过直流母线向并联于直流母线上的若干个伺服驱动器供电，伺服驱动器驱动负荷加载执行器对试验样件施加所需要的负荷，负荷传感器设置于负荷加载执行器与试验样件之间，多通道实时控制器通过编码器接口接收伺服驱动器发出的伺服电机编码器信号，通过模拟量输入接口接收经过信号放大器放大后的负荷传感器的负荷反馈信号，多通道实时控制器根据预设的力或者扭矩或电动伺服执行器的线性或角度位置作为控制目标，采用实时闭环控制算法通过比较各通道反馈信号与目标信号的差异实时调整经模拟量输出接口发给伺服驱动器的电机扭矩控制指令从而实现多通道的闭环加载控制。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的负荷传感器包括：力传感器和扭矩传感器，其中：力传感器和扭矩传感器分别经由信号放大器与多通道实时控制器相连，多通道实时控制器通过模拟量接口接收经过放大后的力或扭矩的模拟量信号。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的负荷加载执行器采用直驱伺服电机、电动伺服缸，或电机与减速机组成的旋转执行器。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的伺服动力供电设备的输出端与直流母线相连，该伺服动力供电设备向直流母线提供直流电源，各通道的伺服驱动通过直流接口连接到直流母线上，通过直流母线获取电能或者向直流母线回馈由于伺服电机制动等工况所产生的电能。

5.根据权利要求1或4所述的系统，其特征是，所述的伺服动力供电设备的输入电源为三相工业电源，三相电经内部整流电路变换为高压直流电，通过直流母线给各伺服驱动提供直流电源。

6.根据权利要求1或4所述的系统，其特征是，所述的伺服动力供电设备内部设有制动斩波器，当直流母线上的直流电压过高时，通过制动斩波器会导通制动电阻来降低直流母线电压，使得直流母线电压保持在正常水平。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的多通道实时控制器为每一个伺服驱动器的伺服通道均设有用于接受10V模拟量信号的反馈接口、编码器信号反馈接口以及模拟量指令输出接口。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的伺服驱动器与直流母线之间设有直流熔断器。