CN208833510U - 一种柴油机调速器半实物仿真试验平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及柴油机测试技术领域，具体公开一种柴油机调速器半实物仿真试验平台，其包括支架和设置于支架的实物部分，实物部分包括：变频电机；测速组件，与变频电机的输出轴连接，且用于检测变频电机的输出轴的转速；调速执行器；直角齿轮箱，直角齿轮箱的一端与变频电机的驱动轴连接，另一端与调速执行器的输出轴连接；及角度编码器，连接于调速执行器，用于检测调速执行器的输出轴的旋转角度；待测试的调速控制器与测速组件及调速执行器电连接。本实施例提供的柴油机调速器半实物仿真试验平台采用了更多的实物模拟，使试验条件更接近于实际条件，试验结果更准确，无需真实柴油机运行，节省了成本，减少了环境污染，降低了测试的危险性。

Description

一种柴油机调速器半实物仿真试验平台

技术领域

本实用新型涉及柴油机测试技术领域，尤其涉及一种柴油机调速器半实物仿真试验平台。

背景技术

柴油机调速器是改变柴油机喷油量的调节机构，以使发动机输出转矩与外界阻力平衡，确保发动机转速稳定。在柴油机调速器的研发过程中需要不断的对其进行测试，以检验柴油机调速器是否满足要求。

现有的柴油机调速器采用纯仿真试验或纯实物试验，但是纯仿真试验的可信度相对较低；而纯实物试验过程危险系数高、花费高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种柴油机调速器半实物仿真试验平台，以解决现有调速控制器进行纯仿真试验时试验准确度差，纯实物试验时危险系数高、花费高的问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种柴油机调速器半实物仿真试验平台，包括支架，还包括设置于所述支架的实物部分，所述实物部分包括：

变频电机；

测速组件，与所述变频电机的输出轴连接，且用于检测所述变频电机的输出轴的转速；

调速执行器；

直角齿轮箱，所述直角齿轮箱的一端与所述变频电机的输出轴连接，另一端与所述调速执行器的驱动轴连接；及

角度编码器，连接于所述调速执行器，用于检测所述调速执行器的输出轴的旋转角度；

待测试的调速控制器与所述测速组件及所述调速执行器电连接。

作为优选，所述测速组件包括测速齿轮和测速传感器，所述测速齿轮固定连接于所述变频电机的输出轴，所述测速传感器设置于所述测速齿轮的一侧，且能够检测所述测速齿轮的转速。

作为优选，所述柴油机调速器半实物仿真试验平台还包括用于运行柴油机数学模型的仿真器，所述仿真器与所述角度编码器和所述变频电机电连接。

作为优选，所述仿真器包括控制器和与所述控制器电连接的模拟量输出板卡、CAN总线通讯板卡和数字I/O板卡。

作为优选，所述柴油机调速器半实物仿真试验平台还包括上位计算机，所述上位计算机与所述仿真器通信连接。

作为优选，所述柴油机调速器半实物仿真试验平台还包括第一数据采集处理卡，所述变频电机和所述仿真器通过所述第一数据采集处理卡电连接。

作为优选，所述柴油机调速器半实物仿真试验平台还包括第二数据采集处理卡，所述角度编码器和所述仿真器通过所述第二数据采集处理卡电连接。

作为优选，所述实物部分还包括支撑架，所述支撑架的一端连接于所述支架，所述变频电机的输出轴通过轴承转动连接于所述支撑架。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供柴油机调速器半实物仿真试验平台通过实物部分使测试环境更接近于真实环境，试验准确度高，能够在实验室环境中直接对待测试的调速控制器进行测试和虚拟标定，而无需真实柴油机运行，节省了成本，减少了环境污染，降低了测试的危险性。本实施例提供的柴油机调速器半实物仿真试验平台采用了更多的实物模拟，使试验条件更接近于实际条件，试验结果更准确。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的柴油机调速器半实物仿真试验平台的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的柴油机调速器半实物仿真试验平台的工作流程图。

图中：

1、变频电机；2、测速齿轮；3、测速传感器；4、调速执行器；5、角度编码器；6、直角齿轮箱；7、支架；8、支撑架。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部。

本实施例提供了一种柴油机调速器半实物仿真试验平台，主要用于中速柴油机调速系统中调速控制器的测试和验证，但不限于此，还可以用于其他类型的调速控制器的测试和验证，以解决现有调速控制器进行纯仿真试验时试验准确度差，纯实物试验时危险系数高、花费高的问题。

如图1所示，本实施例提供的柴油机调速器半实物仿真试验平台包括支架7和设置于支架7上的实物部分，实物部分包括变频电机1、测速组件、调速执行器4、直角齿轮箱6、直角齿轮箱6及角度编码器5。

直角齿轮箱6的一端与变频电机1的输出轴连接，另一端与调速执行器4的驱动轴连接，变频电机1通过直角齿轮箱6驱动调速执行器4的驱动轴转动，以建立调速执行器4的油压，模拟柴油机运转。

测速组件与变频电机1的输出轴连接，用于检测变频电机1的输出轴的转速，角度编码器5连接于调速执行器4，用于检测调速执行器4的输出轴的旋转角度。待测试的调速控制器与测速组件及调速执行器4电连接，测速组件用于模拟柴油机转速输出，调速控制器接收到测速组件转速的信号后向调速执行器4发出控制信号，调速执行器4的输出轴动作，发生旋转，角度编码器5测得调速执行器4输出轴的旋转角度，实时仿真柴油机控制系统采集调速执行器4的输出轴的旋转角度。

通过实物部分使测试环境更接近于真实环境，试验准确度高，能够在实验室环境中直接对待测试的调速控制器进行测试和虚拟标定，而无需真实柴油机运行，节省了成本，减少了环境污染，降低了测试的危险性。本实施例提供的柴油机调速器半实物仿真试验平台采用了更多的实物模拟，使试验条件更接近于实际条件，试验结果更准确。

为提高测量变频电机1转速的准确度，测速组件包括测速齿轮2和测速传感器3，测速齿轮2固定连接于变频电机1的输出轴，测速传感器3设置于支架7上，位于测速齿轮2的一侧且能够检测测速齿轮2的转速，测速传感器3通过测速齿轮2间接检测变频电机1的转速。具体地，测速传感器3可以采用霍尔测速传感器3。

为了提高变频电机1的输出轴的稳定性，实物部分还包括支撑架8，支撑架8的一端连接于支架7，变频电机1的输出轴通过轴承转动连接于支撑架8。

如图2所示，调速控制器作为柴油机调速器半实物仿真试验平台的被测试部分，其与测速传感器3及调速执行器4通讯连接，测速传感器3测得的数据作为柴油机转速信号反馈给调速控制器，使得调速控制器的预设转速可以与测速传感器3实际测得数据进行对比，从而调节调速执行器4，使调速执行器4的输出轴发生旋转，通过角度编码器5检测调速控制器的旋转角度，在柴油机控制系统中，调速控制器发生旋转角度从而改变柴油机的出油量，因此，角度编码器5检测的旋转角度数据可以模拟柴油机的出油量，旋转角度作为柴油机油量的对应信号，与变频电机1的转速对应，重复上述过程以构成完整的闭环测试系统，实现调速控制器对柴油机控制过程的测试和验证。此外，该测试回路还可以通过改变变频电机1的负载，以测试调速控制器根据外界阻力的变化，调节调速执行器4的输出轴发生旋转模拟柴油机的出油量，以使变频电机1输出转矩与外界阻力平衡，使变频电机1转速稳定。

柴油机调速器半实物仿真试验平台还包括用于运行柴油机数学模型的仿真器，仿真器与角度编码器5和变频电机1电连接，从而将实物部分与仿真器电连接，将实物部分得到的信息传输给仿真器，利用柴油机数学模型由旋转角度信号计算得出转速信号。

仿真器包括控制器和与控制器电连接的模拟量输出板卡和数字I/O板卡。在本实施例中，数字I/O板卡用于转换控制器的接口。控制器采用NI PXI1042嵌入式控制器，该控制器采用一种实时操作系统，运行由RT-GT-Power软件构建的柴油机数学模型。角度编码器5将位置信号传输给控制器，经由RT-GT-Power软件构建的柴油机数学模型计算后得到转速数字信号，转速数字信号经模拟量输出板卡转化成转速模拟量信号输出给实物部分，实物部分接受转速模拟量信号，并调节变频电机1的转速。

控制器还包括第二数据采集处理卡，控制器与第二数据采集处理卡电连接，角度编码器5通过第二数据采集处理卡与控制器电连接，第二数据采集处理卡可以为CAN总线通讯板卡，以使角度编码器5将测得的旋转角度传输给控制器。

控制器还包括第一数据采集处理卡，变频电机1和仿真器的模拟量输出板卡通过第一数据采集处理卡电连接，转速模拟量信号通过第一数据采集处理卡将转速模拟信号传输给变频电机1。

在本实施例中，调速执行器4采用的是WOODWARD的PGG-EG型执行器，执行器需要373W的驱动功率。变频电机1包括变频器和电机，变频器与第一数据采集处理卡电连接，考虑在做突加突减试验时的电机驱动容量，采用Hoyer(MS90L-4)的1.46kW电机，配2.2kW的DANFOSS变频器，电机最大转速为1400Rpm，满足柴油机及调速执行器4的转速需求。

调速执行器4的输出轴的旋转角度与调速控制器的控制信号成正比，控制信号与旋转角度线性一一对应，旋转角度与喷油量的对应关系通过柴油机数学模型得出的数据标定得出。

角度编码器5采用精度为13位的绝对式角度编码器，以测量调速执行器4的输出轴的旋转角度，角度编码器5在360°范围内可输出8192个位置点，并通过第二数据采集处理卡输入，然后通过计算得出进入柴油机模型的喷油量。

实物部分的调速执行器4、角度编码器5和测速组件均可以采用柴油机调速系统中使用的部件，以提高调速控制器测速结果的准确性。

柴油机调速器半实物仿真试验平台还包括上位计算机，上位计算机与仿真器通信连接。具体地，上位计算机通过以太网与仿真器进行通信，实现对实时仿真系统的管理及监测功能。上位计算机采用NI的Veristand软件建立实时仿真调试窗口，用于仿真信号的动态显示及记录、模型参数的在线调整及存储等，运行过程中，所有的控制信号都集中在实时仿真调试窗口中。

本实施例中柴油机调速器半实物仿真试验平台的工作过程如下：

通过上位计算机为调速控制器设定预设转速，按照启动转速启动电机，电机驱动测速齿轮2和调速执行器4的驱动轴转动，测速传感器3检测测速齿轮2的速度，并与调速控制器设定转速对比后，调节调速执行器4的输出轴旋转，角度编码器5测量该旋转角度的具体值，并通过第二数据采集处理卡采集传输至控制器，控制器根据旋转角度信号计算得出变频电机1的转速信号，第二数据采集处理卡将转速信号转化成0-5V电压信号控制变频器，变频器控制电机驱动测速齿轮2运转，重复上述过程，直至调速控制器设定转速与电机的实际转速一致。

本实施例中柴油机调速器半实物仿真试验平台的工作过程还可以如下：

将柴油机负载传输给仿真器，第二数据采集处理卡将柴油机负载转化成0-5V电压信号控制变频器，变频器控制电机驱动测速齿轮2运转，测速传感器3检测测速齿轮2的速度，测速传感器3检测的转速与调速控制器设定转速存在偏差，调速控制器控制调节调速执行器4的输出轴旋转，从而改变电机的转速，使电机的转速达到稳定。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种柴油机调速器半实物仿真试验平台，包括支架(7)，其特征在于，还包括设置于所述支架(7)的实物部分，所述实物部分包括：

变频电机(1)；

测速组件，与所述变频电机(1)的输出轴连接，且用于检测所述变频电机(1)的输出轴的转速；

调速执行器(4)；

直角齿轮箱(6)，所述直角齿轮箱(6)的一端与所述变频电机(1)的输出轴连接，另一端与所述调速执行器(4)的驱动轴连接；及

角度编码器(5)，连接于所述调速执行器(4)，用于检测所述调速执行器(4)的输出轴的旋转角度；

待测试的调速控制器与所述测速组件及所述调速执行器(4)电连接。

2.根据权利要求1所述的柴油机调速器半实物仿真试验平台，其特征在于，所述测速组件包括测速齿轮(2)和测速传感器(3)，所述测速齿轮(2)固定连接于所述变频电机(1)的输出轴，所述测速传感器(3)设置于所述测速齿轮(2)的一侧，且能够检测所述测速齿轮(2)的转速。

3.根据权利要求1所述的柴油机调速器半实物仿真试验平台，其特征在于，所述柴油机调速器半实物仿真试验平台还包括用于运行柴油机数学模型的仿真器，所述仿真器与所述角度编码器(5)和所述变频电机(1)电连接。

4.根据权利要求3所述的柴油机调速器半实物仿真试验平台，其特征在于，所述仿真器包括控制器和与所述控制器电连接的模拟量输出板卡和数字I/O板卡。

5.根据权利要求3所述的柴油机调速器半实物仿真试验平台，其特征在于，所述柴油机调速器半实物仿真试验平台还包括上位计算机，所述上位计算机与所述仿真器通信连接。

6.根据权利要求4所述的柴油机调速器半实物仿真试验平台，其特征在于，所述仿真器还包括第一数据采集处理卡，所述变频电机(1)通过所述第一数据采集处理卡与所述模拟量输出板卡电连接。

7.根据权利要求4所述的柴油机调速器半实物仿真试验平台，其特征在于，所述仿真器还包括第二数据采集处理卡，所述角度编码器(5)通过所述第二数据采集处理卡与所述控制器电连接。

8.根据权利要求1所述的柴油机调速器半实物仿真试验平台，其特征在于，所述实物部分还包括支撑架(8)，所述支撑架(8)的一端连接于所述支架(7)，所述变频电机(1)的输出轴通过轴承转动连接于所述支撑架(8)。