CN110850293A - 一种基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统,扭矩传感器采集电机扭矩信号并输出,将检测到的力矩反馈信号与标准力矩信号进行比较,二者的偏差通过PID模块进行调节,PID模块以电流信号的方式输出给电机控制模块,电机控制模块输出占空比可调PWM信号,经过电机驱动器调理最终作用于电机,以模拟伺服电机复杂的加载工况;本技术方案使用单独的PID模块做负反馈控制判断,大幅提高被测电机和负载电机的PID调节速度,满足伺服电机转速、转矩动态响应快速测量;而且通过设置第一力矩闭环和第二力矩闭环,可以使负载电机和被测电机之间形成互相独立的控制,使被测电机可以实现复杂工作工况的快速切换或者模拟,满足检测要求。
Description
技术领域
本发明涉及电机分析及测量技术领域,尤其涉及的是一种基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统。
背景技术
近年来,随着自动化技术的飞速发展,工业机器人、数控机床、自动化生产设备开始广泛使用伺服电机作为运动控制的关键零部件,科学技术的快速发展对伺服电机的技术质量指标及功能性能要求也越来越高,尤其是其动态响应特性以及伺服电机瞬态特性,此时传统的测功机已然无法达到相关测试技术,所以,电机行业内急需能够提供高性能伺服电机动态响应特性及伺服电机瞬态特性、伺服驱动器性能以及伺服驱动控制器控制性能测试的检测系统。
如专利CN201811038194.9中,公开了以下内容:计算机向I/O设备发送指令,I/O设备进行模拟量及数字量的输出,控制负载伺服电机和被测伺服电机的运行,负载伺服驱动器与被测伺服驱动器将转速、转矩信号以模拟量形式通过I/O设备反馈给计算机,形成闭环控制。但是,该专利中的I/O设备相当于一个开关,只负责给出或者输入信号,不能调节PID调节速度,整个平台的PID调节速度慢,不能满足伺服电机转速、转矩动态响应的快速测量。
因此,现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统,旨在解决现有的电机对拖平台的PID调节速度慢,不能满足伺服电机转速、转矩动态响应快速测量的问题。
本发明的技术方案如下:一种基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统,其中,包括:
被测电机;
被测电机驱动器,为被测电机提供电源,并控制被测电机在转矩模式或转速模式或位置模式下工作;
负载电机;
负载电机驱动器,为负载电机提供电源,并控制负载电机在转矩模式或转速模式或位置模式下工作;
测试设备,分别与被测电机驱动器、负载电机驱动器连接;
工控机,输出控制信号至测试设备,测试设备输出控制信号至被测电机驱动器和负载电机驱动器;
扭矩传感器,对被测电机和负载电机的扭矩信号进行采集并输出力矩反馈信号至测试设备;
扭矩传感器、被测电机、被测电机驱动器、测试设备形成第一力矩闭环,测试设备通过第一PID模块调节被测电机的PID调节速度;扭矩传感器、负载电机、负载电机驱动器、测试设备形成第二力矩闭环,测试设备通过第二PID模块调节负载电机的PID调节速度。
所述的基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统,其中,所述测试设备包括第一PID模块、第一电机控制模块、第二PID模块、第二电机控制模块和转速、转矩测量模块,所述第一PID模块与第一电机控制模块连接,第一电机控制模块与被测电机驱动器连接,第二PID模块与第二电机控制模块连接,第二电机控制模块与负载电机驱动器连接;所述第一PID模块、第二PID模块均与工控机连接,转速、转矩测量模块与工控机通信连接,转速、转矩测量模块与扭矩传感器连接。
所述的基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统,其中,所述测试设备还包括千兆以太网通信模块,所述转速、转矩测量模块与千兆以太网通信模块连接,千兆以太网通信模块与工控机通过LAN口连接。
所述的基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统,其中,所述第一PID模块、第二PID模块均与工控机通过LAN口连接。
所述的基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统,其中,所述转速、转矩测量模块与被测电机的编码器连接,以采集被测电机的转速信号。
所述的基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统,其中,所述基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统还包括功率分析仪,所述功率分析仪通过电压互感器、电流互感器分别连接到被测电机驱动器的输入端和输出端,采集被测电机驱动器输入、输出端的电压和电流。
所述的基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统,其中,所述基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统还包括能量回馈装置,所述负载电机驱动器与能量回馈装置连接。
所述的基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统,其中,所述被测电机通过高精度波纹联轴器与扭矩传感器连接,扭矩传感器通过高精度波纹联轴器与负载电机连接。
所述的基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统,其中,所述被测电机驱动器与380V电网连接。
所述的基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统,其中,所述基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统还包括伺服电机检测台架,所述扭矩传感器、被测电机、负载电机均通过伺服电机检测台架承载。
本发明的有益效果:本发明通过提供一种基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统,扭矩传感器采集电机扭矩信号并输出,将检测到的力矩反馈信号与标准力矩信号进行比较,二者的偏差通过PID模块进行调节,PID模块以电流信号的方式输出给电机控制模块,电机控制模块输出占空比可调PWM信号,经过电机驱动器调理最终作用于电机,以模拟伺服电机复杂的加载工况;本技术方案使用单独的PID模块做负反馈控制判断,大幅提高被测电机和负载电机的PID调节速度,满足伺服电机转速、转矩动态响应快速测量;而且通过设置第一力矩闭环和第二力矩闭环,可以使负载电机和被测电机之间形成互相独立的控制,使被测电机可以实现复杂工作工况的快速切换或者模拟,满足检测要求。
附图说明
图1是本发明中基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统的模块连接示意图。
图2是本发明中测试设备的模块连接示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式,所述实施方式的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接或可以相互通讯;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开,下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然,它们仅仅为示例,并且目的不在于限制本发明。此外,本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母,这种重复是为了简化和清楚的目的,其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外,本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子,但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
如图1所示,一种基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统,包括:
被测电机11;
被测电机驱动器12,为被测电机11提供电源,并控制被测电机11在转矩模式或转速模式或位置模式下工作;
负载电机21;
负载电机驱动器22,为负载电机21提供电源,并控制负载电机21在转矩模式或转速模式或位置模式下工作;
测试设备3,分别与被测电机驱动器12、负载电机驱动器22连接;
工控机4,输出控制信号至测试设备3,测试设备3输出控制信号至被测电机驱动器12和负载电机驱动器22;
扭矩传感器5,对被测电机11和负载电机21的扭矩信号进行采集并输出力矩反馈信号至测试设备3;
扭矩传感器5、被测电机11、被测电机驱动器12、测试设备3形成第一力矩闭环,测试设备3通过第一PID模块调节被测电机11的PID调节速度;扭矩传感器5、负载电机21、负载电机驱动器22、测试设备3形成第二力矩闭环,测试设备3通过第二PID模块调节负载电机21的PID调节速度。
本技术方案中,通过第一PID模块调节被测电机11的PID调节速度、第二PID模块调节负载电机21的PID调节速度,使用单独的PID模块做负反馈控制判断,大幅提高被测电机11和负载电机21的PID调节速度,实现伺服电机检测过程中的任意负载曲线和波形的测量,满足伺服电机转速、转矩动态响应快速测量;而且通过设置第一力矩闭环和第二力矩闭环,可以使负载电机21和被测电机11之间形成互相独立的控制,使被测电机11可以实现复杂工作工况的快速切换或者模拟,满足检测要求。
在某些具体实施例中,如图2所示,所述测试设备3包括第一PID模块31、第一电机控制模块32、第二PID模块33、第二电机控制模块34和转速、转矩测量模块35,所述第一PID模块31与第一电机控制模块32连接,第一电机控制模块32与被测电机驱动器12连接,第二PID模块33与第二电机控制模块34连接,第二电机控制模块34与负载电机驱动器22连接;所述第一PID模块31、第二PID模块33均与工控机4连接,转速、转矩测量模块35与工控机4通信连接,转速、转矩测量模块35与扭矩传感器5连接:所述转速、转矩测量模块35接收扭矩传感器5的转矩信号,通过采集到不同的转矩值来控制被测电机驱动器12和负载电机驱动器22,使得被测电机11及负载电机21工作在转矩模式、转速模式、位置模式下,更好地检测被测电机11的动态特性、被测电机11的转动惯量及被测电机11的效率;通过测试设备3与被测电机驱动器12、负载电机驱动器22连接,并采集被测电机驱动器12、的电压电流信号,以检测被测电机驱动器12、的控制性能。
作为一种优选实施例,所述测试设备3还包括千兆以太网通信模块36,所述转速、转矩测量模块35与千兆以太网通信模块36连接,千兆以太网通信模块36与工控机4通过LAN口连接。采用千兆以太网通信模块36通过LAN口与工控机4连接,具有带宽高、易于扩展和经济实用的优点。
在某些具体实施例中,所述第一PID模块31、第二PID模块33均与工控机4通过LAN口连接。
本技术方案中,工控机4的软件系统通过LAN口连接到测试设备3,可以发送和接收相应的指令,工控机4具有数据、相应曲线可视化功能,可将所有检测数据导出及存储打印功能。
在某些具体实施例中,所述转速、转矩测量模块35与被测电机11的编码器连接,以采集被测电机11的转速信号,通过转速、转矩测量模块35直接与伺服电机的编码器连接进行转速采集,可以节省价格昂贵的转速传感器。
在某些具体实施例中,所述基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统还包括功率分析仪6,所述功率分析仪6通过电压互感器、电流互感器分别连接到被测电机驱动器12的输入端和输出端,采集被测电机驱动器12输入、输出端的电压和电流,用于检测被测电机驱动器12的输入功率、输出功率、有效功率、视在功率及损耗,可以对被测电机11进行谐波分析、相位角分析、动态响应性能分析等。
在某些具体实施例中,所述基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统还包括能量回馈装置7,所述负载电机驱动器22与能量回馈装置7连接,可将负载电机21在制动过程中产生的能量通过能量回馈装置7回馈到380V电网中,避免造成能源浪费;所述能量回馈装置7能够四象限运动,具备过温、过压过流保护功能,具有低噪声、低谐波污染、高功率因数等,避免对380V电网造成冲击。
在某些具体实施例中,所述被测电机11通过高精度波纹联轴器与扭矩传感器连接,扭矩传感器通过高精度波纹联轴器与负载电机21连接。
在某些具体实施例中,所述被测电机驱动器12与380V电网连接,被测电机驱动器12与被测电机11连接,为被测电机11提供电源并控制被测电机11工作在转矩模式、转速模式和位置模式下。
在某些具体实施例中,所述基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统还包括伺服电机检测台架8,所述扭矩传感器5、被测电机11、负载电机21均通过伺服电机检测台架8承载。
本技术方案中,所述扭矩传感器5完成对被测电机11和负载电机21的扭矩信号采集并输出力矩反馈信号至转速、转矩测量模块35,将检测到的力矩反馈信号与标准力矩信号进行比较,二者的偏差通过第一PID模块31和第二PID模块33进行调节,然后第一PID模块31和第二PID模块33以电流信号的方式输出给第一电机控制模块32和第二电机控制模块34,第一电机控制模块32和第二电机控制模块34输出占空比可调的PWM信号,这个信号经过被测电机驱动器12和负载电机驱动器22的调理最终作用于被测电机11和负载电机21,可以模拟伺服电机复杂的加载工况。本技术方案可以节省转速传感器,电机的转速可以通过伺服电机的编码器直接采集出来,并通过测试设备3的转速、转矩测量模块35输出给工控机4。
本基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统不但可以实现伺服电机一般功能的检测(比如电压、电流、转矩、转速、电机效率、空载测试、堵转测试等),还可以对特殊项目测试,如伺服电机的动态响应特性、扭矩波动、惯量适应范围测试、伺服电机转动惯量及伺服电机瞬态特性、伺服驱动器性能以及伺服驱动控制性能检测,应用广泛。
现有技术一般采用转矩转速测量仪进行转速和转速的测量,而本技术方案则在现有技术的基础上节省了转速传感器,电机转速直接利用伺服电机的编码器采集出来,可以有效降低设备成本。本技术方案还侧重双闭环反馈模式,从而模拟伺服电机复杂的运行工况,这是现有技术所不能达到的。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
应当理解的是,本发明的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
附图标号
被测电机11;被测电机驱动器12;负载电机21;负载电机驱动器22;测试设备3;第一PID模块31;第一电机控制模块32;第二PID模块33;第二电机控制模块34;转速、转矩测量模块35;千兆以太网通信模块36;工控机4;扭矩传感器5;功率分析仪6;能量回馈装置7;伺服电机检测台架8。
Claims (10)
1.一种基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统,其特征在于,包括:
被测电机(11);
被测电机驱动器(12),为被测电机(11)提供电源,并控制被测电机(11)在转矩模式或转速模式或位置模式下工作;
负载电机(21);
负载电机驱动器(22),为负载电机(21)提供电源,并控制负载电机(21)在转矩模式或转速模式或位置模式下工作;
测试设备(3),分别与被测电机驱动器(12)、负载电机驱动器(22)连接;
工控机(4),输出控制信号至测试设备(3),测试设备(3)输出控制信号至被测电机驱动器(12)和负载电机驱动器(22);
扭矩传感器(5),对被测电机(11)和负载电机(21)的扭矩信号进行采集并输出力矩反馈信号至测试设备(3);
扭矩传感器(5)、被测电机(11)、被测电机驱动器(12)、测试设备(3)形成第一力矩闭环,测试设备(3)通过第一PID模块(31)调节被测电机(11)的PID调节速度;扭矩传感器(5)、负载电机(21)、负载电机驱动器(22)、测试设备(3)形成第二力矩闭环,测试设备(3)通过第二PID模块(33)调节负载电机(21)的PID调节速度。
2.根据权利要求1所述的基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统,其特征在于,所述测试设备(3)包括第一PID模块(31)、第一电机控制模块(32)、第二PID模块(33)、第二电机控制模块(34)和转速、转矩测量模块(35),所述第一PID模块(31)与第一电机控制模块(32)连接,第一电机控制模块(32)与被测电机驱动器(12)连接,第二PID模块(33)与第二电机控制模块(34)连接,第二电机控制模块(34)与负载电机驱动器(22)连接;所述第一PID模块(31)、第二PID模块(33)均与工控机(4)连接,转速、转矩测量模块(35)与工控机(4)通信连接,转速、转矩测量模块(35)与扭矩传感器(5)连接。
3.根据权利要求2所述的基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统,其特征在于,所述测试设备(3)还包括千兆以太网通信模块(36),所述转速、转矩测量模块(35)与千兆以太网通信模块(36)连接,千兆以太网通信模块(36)与工控机(4)通过LAN口连接。
4.根据权利要求2所述的基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统,其特征在于,所述第一PID模块(31)、第二PID模块(33)均与工控机(4)通过LAN口连接。
5.根据权利要求2所述的基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统,其特征在于,所述转速、转矩测量模块(35)与被测电机(11)的编码器连接,以采集被测电机(11)的转速信号。
6.根据权利要求1所述的基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统,其特征在于,所述基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统还包括功率分析仪(6),所述功率分析仪(6)通过电压互感器、电流互感器分别连接到被测电机驱动器(12)的输入端和输出端,采集被测电机驱动器(12)输入、输出端的电压和电流。
7.根据权利要求1所述的基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统,其特征在于,所述基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统还包括能量回馈装置(7),所述负载电机驱动器(22)与能量回馈装置(7)连接。
8.根据权利要求1所述的基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统,其特征在于,所述被测电机(11)通过高精度波纹联轴器与扭矩传感器(5)连接,扭矩传感器(5)通过高精度波纹联轴器与负载电机(21)连接。
9.根据权利要求1所述的基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统,其特征在于,所述被测电机驱动器(12)与380V电网连接。
10.根据权利要求1所述的基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统,其特征在于,所述基于力矩闭环的伺服电机对拖检测系统还包括伺服电机检测台架(8),所述扭矩传感器(5)、被测电机(11)、负载电机(21)均通过伺服电机检测台架(8)承载。
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