CN1869625A - 伺服电机式动态扭矩发生系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种伺服电机式动态扭矩发生系统及其方法，在一个连接轴两端连接驱动电机和负载电机，通过主机系统输入转速、转矩信号给系统控制器、输入波形参数设定给波形发生器，由系统控制器和波形发生器输入驱动电机和负载电机的电机控制器产生动态扭矩信号，利用驱动电机模拟轴系驱动端的交变扭矩信号，利用负载电机模拟轴系负载端的反扭矩信号，在驱动端和负载端均可加载频率、幅度可调的单谐次或者多谐次的扭振信号，而驱动端和负载端的相位可以不同，从而在被测轴系上加载了丰富的动态扭矩信号，可用于测试各类扭矩传感器的实际动态特性。

Description

伺服电机式动态扭矩发生系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种用于发动机交变扭矩模拟和动态标准扭矩信号输出技术，尤其涉及一种可进行扭矩传感器动态特性的测试的伺服电机式动态扭矩发生系统及其方法。

背景技术

众所周知，在诸如发动机的各种动力装置中，由叠加在发动机轴上的发动机的动态扭矩、负载的扭矩以及连接轴承的振动等信号，共同形成一个复杂的动态扭矩信号，该信号可由一个或多个频率的周期性简谐信号构成，并由频率、幅值等参数来表征。通常，采用扭矩传感器来记录这些动力装置的扭转振动特性，以供分析之用。而扭矩传感器是否如实记录动力装置的扭转振动特性，有赖于其测量的准确度、以及测试的动态范围(即频率响应范围)。在很多需要动态、大频响的扭矩测试中，一次仪表(传感器)的动态特性指标完全关系到测试的成败。因此在扭矩传感器使用之前必须对其进行检测和测试。

而目前对于扭矩传感器的动态特性的评价，都是根据扭矩传感器的静态特性和转速特性，经过复合运算得出的，并未进行实际测量。然而对扭矩传感器而言，若没有一个动态标准扭矩信号，就无法判断扭矩传感器的动态特性指标和测量的准确度。因此，迫切需要一种可进行发动机交变扭矩模拟和动态标准扭矩信号输出的装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可进行扭矩传感器动态特性的测试的伺服电机式动态扭矩发生系统及其方法。

本发明的基本构思是利用一电机模拟轴系驱动端的交变扭矩信号，利用另一电机模拟轴系负载端的反扭矩信号，在驱动端和负载端均可加载频率、幅度可调的单谐次或者多谐次的扭振信号，而驱动端和负载端的相位可以不同，从而在被测轴系上加载了丰富的动态扭矩信号，可用于测试各类扭矩传感器的实际动态特性。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种伺服电机式动态扭矩发生系统，包括：

机械系统，包括机座、连接轴、两个联轴节以及扭矩信号检测装置，连接轴通过其轴承固定于机座上，其两端分别连接一个联轴节，连接轴上设有扭矩信号检测装置；

伺服电机系统，包括驱动电机及与其连接的驱动电机控制器、负载电机和与其连接的负载电机控制器，驱动电机与负载电机设于机座上并通过所述两个联轴节连接于连接轴两端，驱动电机控制器和负载电机控制器分别向其对应的电机输入标准动态扭矩信号；

自动控制系统，包括：

主机系统，与所述扭矩信号检测装置连接以获取动态扭矩信号，以及根据用户输入产生并输出速度、转矩设定和波形参数设定；

系统控制器，分别与驱动电机控制器、负载电机控制器和主机系统相连，用于将来自主机系统的速度和转矩设定传送到两个电机控制器，以及将来自电机控制器的速度、电流和故障信号传送到主机系统；

波形发生器，包括第一波形发生器和第二波形发生器，第一波形发生器连接于主机系统和驱动电机控制器之间，第二波形发生器连接于主机系统和负载电机控制器之间，用于根据主机系统的波形参数设定产生周期性简谐波形并输入对应的电机控制器。

所述的伺服电机式动态扭矩发生系统，其中，所述主机系统由计算机系统构成。

所述的伺服电机式动态扭矩发生系统，其中，所述系统控制器通过高速总线或模拟接口与所述驱动电机控制器、负载电机控制器和主机系统相连。

所述的伺服电机式动态扭矩发生系统，其中，所述系统控制器由可编程控制器构成。

所述的伺服电机式动态扭矩发生系统，其中，所述扭矩信号检测装置由扭矩传感器或应变测试系统构成。

所述的伺服电机式动态扭矩发生系统，其中，还包括温度传感器，设于所述连接轴的轴承上并连接到所述系统控制器。

利用本发明的伺服电机式动态扭矩发生系统产生标准动态扭矩信号的方法，包括如下步骤：

1)主机系统根据用户输入产生两个静态的转速、转矩设定和两个动态的波形参数设定，其中转速、转矩设定输入给系统控制器，两个波形参数设定分别输入给第一、第二波形发生器；

2)系统控制器将转速、转矩输入给驱动电机控制器和负载电机控制器；

3)两个波形发生器分别根据波形参数设定产生周期性简谐波，并分别输入给对应的电机控制器；

4)驱动电机控制器和负载电机控制器根据输入的转速、转矩和周期性简谐波，各自产生标准动态扭矩信号，并加载到连接轴上。

本发明与已有技术相比，具有明显的优点：可进行扭矩传感器的动态特性的研究和验证，为各类动力装置轴系动态扭矩测试方法的研究提供灵活、强大的测试平台。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明的特征和优点，其中：

图1是本发明伺服电机式动态扭矩发生系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的伺服电机式动态扭矩发生系统的一个实施例包括机械系统、伺服电机系统、自动控制系统和供电系统。

机械系统主要由机座(未图示)、连接轴101、两个联轴节102、103以及扭矩传感器104构成，连接轴101通过两个轴承105固定于机座上，每个轴承上分别设有温度传感器106，用于检测连接轴的轴系温度。连接轴两端分别连接一个联轴节，连接轴101中段上设有用于检测扭矩信号的扭矩传感器104，当然，在其他实施例中，也可以采用应变测试系统。

伺服电机系统包括驱动电机111及其电机控制器112、负载电机113及其电机控制器114，驱动电机111与负载电机113设于机座上，通过两个联轴节105连接于连接轴两端。电机控制器112、114具有高动态转矩响应，分别双向连接到其对应的电机111、113上，用于输出标准动态扭矩信号，以及获取电机的速度、电流和故障信号。

自动控制系统实时监控系统的工作状态，其包括：

主机系统，由计算机系统120构成，计算机系统120可包括主机121、用于输入的鼠标、键盘、用于显示的显示器、以及高速总线接口等各类接口，在本实施例中，该高速总线接口为Siemens DP5611接口模块122，计算机系统还包括一测试和分析软件Labview 123，作为输入和显示的界面。计算机系统120可接收使用者输入的与扭矩传感器104连接以获取动态扭矩信号，以及根据用户输入产生并输出两个速度、转矩设定和波形参数设定，其中速度设定用于设定一个固定的速度，该速度可在0～1500r/min之间选择，转矩设定用于产生标准动态扭矩信号中的静态分量，而波形参数设定则用于产生一个幅度较小的动态分量，以叠加在静态分量中，形成完整的标准动态扭矩信号。

系统控制器124，由Siemens S300可编程控制器(PLC)构成，该PLC具有Profibus高速总线接口，分别与驱动电机控制器112、负载电机控制器114和计算机系统120相连，用于将来自计算机系统120的两个速度和转矩设定传送到两个电机控制器112、114中，作为标准动态扭矩信号的静态分量，以及将来自电机控制器112、114的电机速度、电流和故障信号传送到计算机系统120，供其保存和显示。该PLC还提供模拟量接口与电机控制器112、114的模拟量接口连接，以便在DP通讯方式出现故障时使用。

波形发生器，包括第一波形发生器125和第二波形发生器126，第一波形发生器125连接于计算机系统120和驱动电机控制器112之间，第二波形发生器126连接于计算机系统120和负载电机控制器114之间，用于根据计算机系统120的两个波形参数设定产生两个周期性简谐波形(例如正弦波、方波、三角波等)并输入对应的电机控制器，该波形作为标准动态扭矩信号的动态分量，其频率范围在0～250Hz，这是考虑到6缸直列发动机的主要扭振频率为3.0、4.5、6.0、7.5、9.0等谐次，因此0～250Hz覆盖了所有谐次的频率，足以模拟发动机的交变扭振。上述的波形发生器125、126不仅可以产生单谐次的扭矩信号，也可以进行多个谐次的扭矩信号合成。更为重要的是，两个波形发生器根据各自的波形参数设定，可产生频率、幅度和相位不同的标准动态扭矩信号，通过电机控制器加载到驱动电机端和负载电机端，整个系统将具有很高的灵活性和强大的功能扩展性。

本发明的供电系统由强电控制系统131、隔离变压器132、不间断电源133和线性电源134构成，其中强电控制系统连接到两个电机控制器112、114以及隔离变压器，隔离变压器连接到不间断电源133，不间断电源连接到线性电源134，而线性电源连接到波形发生器和计算机系统，对它们供电。

本发明利用伺服电机式动态扭矩发生系统产生标准动态扭矩信号的方法，包括以下步骤：

1)主机系统120根据用户输入产生两个静态的转速、转矩设定和两个动态的波形参数设定，其中转速、转矩设定输入给系统控制器124，两个波形参数设定分别输入给第一、第二波形发生器125、126；

2)系统控制器124将转速、转矩输入给驱动电机控制器112和负载电机控制器114；

3)两个波形发生器125、126分别根据波形参数设定产生周期性简谐波，并分别输入给对应的电机控制器112、114；

4)驱动电机控制器112和负载电机控制器114根据输入的转速、转矩和周期性简谐波，各自产生标准动态扭矩信号，并加载到连接轴101上。

之后，扭矩传感器104可获取连接轴101上的动态扭矩信号，输入至计算机系统120示并保存，并且与计算机系统120中的标准动态扭矩信号比较，由此可测试扭矩传感器104的测量的准确度，以及测试的动态范围。

利用本发明的扭矩信号发生系统和方法，可进行扭矩传感器的动态特性的研究和验证，为各类动力装置轴系动态扭矩测试方法的研究提供灵活、强大的测试平台。

以上的实施例说明仅为本发明的较佳实施例说明，本领域技术人员可依据本发明的上述实施例说明而作出其它种种等效的替换及修改。然而这些依据本发明实施例所作的种种等效替换及修改，属于本发明的发明精神及由权利要求所界定的专利范围内。

Claims (7)

1.伺服电机式动态扭矩发生系统，其特征在于，包括：

机械系统，包括机座、连接轴、两个联轴节以及扭矩信号检测装置，连接轴通过其轴承固定于机座上，其两端分别连接一个联轴节，连接轴上设有扭矩信号检测装置；

伺服电机系统，包括驱动电机及与其连接的驱动电机控制器、负载电机和与其连接的负载电机控制器，驱动电机与负载电机设于机座上并通过所述两个联轴节连接于连接轴两端，驱动电机控制器和负载电机控制器分别向其对应的电机输入标准动态扭矩信号；

自动控制系统，包括：

主机系统，与所述扭矩信号检测装置连接以获取动态扭矩信号，以及根据用户输入产生并输出速度、转矩设定和波形参数设定；

系统控制器，分别与驱动电机控制器、负载电机控制器和主机系统相连，用于将来自主机系统的速度和转矩设定传送到两个电机控制器，以及将来自电机控制器的速度、电流和故障信号传送到主机系统；

波形发生器，包括第一波形发生器和第二波形发生器，第一波形发生器连接于主机系统和驱动电机控制器之间，第二波形发生器连接于主机系统和负载电机控制器之间，用于根据主机系统的波形参数设定产生周期性简谐波形并输入对应的电机控制器。

2.如权利要求1所述的伺服电机式动态扭矩发生系统，其特征在于，所述主机系统由计算机系统构成。

3.如权利要求1所述的伺服电机式动态扭矩发生系统，其特征在于，所述系统控制器通过高速总线或模拟接口与所述驱动电机控制器、负载电机控制器和主机系统相连。

4.如权利要求1或3所述的伺服电机式动态扭矩发生系统，其特征在于，所述系统控制器由可编程控制器构成。

5.如权利要求1所述的伺服电机式动态扭矩发生系统，其特征在于，所述扭矩信号检测装置由扭矩传感器或应变测试系统构成。

6.如权利要求1所述的伺服电机式动态扭矩发生系统，其特征在于，还包括温度传感器，设于所述连接轴的轴承上并连接到所述系统控制器。

7.利用权利要求1的伺服电机式动态扭矩发生系统产生标准动态扭矩信号的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)主机系统根据用户输入产生两个静态的转速、转矩设定和两个动态的波形参数设定，其中转速、转矩设定输入给系统控制器，两个波形参数设定分别输入给第一、第二波形发生器；

2)系统控制器将转速、转矩输入给驱动电机控制器和负载电机控制器；

3)两个波形发生器分别根据波形参数设定产生周期性简谐波，并分别输入给对应的电机控制器；

4)驱动电机控制器和负载电机控制器根据输入的转速、转矩和周期性简谐波，各自产生标准动态扭矩信号，并加载到连接轴上。

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