CN219245723U - 一种伺服电机负载控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电机检测技术领域，具体涉及一种伺服电机负载控制系统，包括伺服电机，伺服驱动器和转矩传感器分别与伺服电机电性连接，主控板分别与伺服驱动器和转矩传感器电性连接；所述的主控板包括：转矩信号处理电路、转速信号处理电路、模式切换电路、MCU、DA转换器、PI控制器和驱动输出电路，MCU与DA转换器电性连接，转矩信号处理电路和转速信号处理电路分别与模式切换电路电性连接，DA转换器和模式切换电路分别与PI控制器电性连接，PI控制器与驱动输出电路电性连接，驱动输出电路与伺服驱动器电性连接。本实用新型具有低成本、高可靠性、便于设计为集成化测试系统的优点。

Description

一种伺服电机负载控制系统

技术领域

本实用新型属于电机检测技术领域，具体涉及一种伺服电机负载控制系统。

背景技术

一般中小型交流异步电机的出厂检测，只需考察空载功率项目。BLDC(无刷直流电机，BrushlessDirectCurrentMotor)类电机与交流异步电机不同，此类电机往往需要通过控制器进行驱动控制。在空载状态下，BLDC电机定子绕组励磁电流很小，其控制器上的功率器件、转子的永磁体、以及霍尔元件上的一些故障问题的特征并不明显，难以检测到。因此BLDC电机或永磁同步电机在出厂检测时，往往需要其工作在要求的转矩和转速条件下，使其绕组励磁电流达到一定程度，并根据其带负载条件下测试的功率值来判定是否合格。

电机负载测试设备，相对空载测试设备要复杂很多。一是要提供可调节、稳定的负载转矩，使得不同型号的电机，在测试时能工作在其要求的转矩和转速下。二是要提供合适的工装，负载测试时，被测电机要通过转子轴输出转矩，因此电机本体需要通过工装可靠固定。转子轴与负载工装连轴对接时，不光要避免同轴度不好导致测量结果出现偏差，还要满足快速夹装的要求，以保证测试节拍。三是要处理好负载工装与电机的绝缘，防止在电气安全测试时出现漏电、损坏负载模块和控制电路的情况。

目前常用的负载测试方案有以下两种：

1、使用测功机系统。测功机能够提供稳定、可调节的负载转矩，其精度较好，测试、控制、校准方法较为成熟。

使用测功机系统用于电机负载测试，能满足提供稳定、可调节的转矩要求。但是测功机系统成本相对较高，测功机自带的工装难以满足生产线快速装夹被测电机的节拍要求。而且测功机的功能相对单一，对于BLDC类电机其他测试项如绕组参数、电气安全、反电势等测试的兼容性不好，无法集成在一套设备上。因此使用测功机作为负载测试模块时，会降低测试节拍，增加测试工位，这极大的增加了设备、场地和操作人员的成本。

2、使用伺服电机，将其设定为转矩工作模式，设定转矩参数后可使其工作在开环转矩状态，用于负载测试系统。

使用伺服电机设置为转矩模式提供开环负载的测试系统，成本、可集成性、工装设计难度均符合要求。但是伺服电机工作在开环负载情况下，会存在负载转矩精度不高的问题。而且伺服电机工作在不同转速时，或经过长期使用后，其轴上输出的实际负载转矩会发生变化，会对测试结果产生不利影响。

因此，开发一套能提供精确、稳定、可调节的负载控制系统，对于BLDC类电机或永磁同步电机的检测十分重要。

实用新型内容

本实用新型针对现有两种电机负载测试系统存在的问题，设计了一套伺服电机负载控制系统。本实用新型所采用的技术方案如下：

一种伺服电机负载控制系统，包括伺服电机，伺服驱动器和转矩传感器分别与伺服电机电性连接，主控板分别与伺服驱动器和转矩传感器电性连接；所述的主控板包括：转矩信号处理电路、转速信号处理电路、模式切换电路、MCU、DA转换器、PI控制器和驱动输出电路，MCU与DA转换器电性连接，转矩信号处理电路和转速信号处理电路分别与模式切换电路电性连接，DA转换器和模式切换电路分别与PI控制器电性连接，PI控制器与驱动输出电路电性连接，驱动输出电路与伺服驱动器电性连接。

优选的，伺服电机、转矩传感器和被测电机固定安装在工装支架上。

优选的，伺服电机的转子轴与转矩传感器同轴相连，转矩传感器的一端与伺服电机相连，转矩传感器的另一端通过绝缘和快接工装与被测电机同轴相连。

优选的，所述的MCU与上位机电性连接。

本实用新型的有益效果：

1、与现有技术方案相比，本实用新型便于集成，可兼容安规测试、拖动多点电感、反电动测试、负载测试等功能与一体。在兼容性、稳定性、准确度方面具有综合优势，具有低成本、高可靠性、便于设计为集成化测试系统的优点，能够应用于生产线的大批量测试使用，其提供的负载精度能够达到高端测功机的水平。

2、本实用新型用较低成本实现了高效稳定准确的闭环加载控制，其响应速度快，对不同种类的电机适用性广泛。

3、本实用新型是针对产线应用开发，极大提高了电机在线测试的效率，节省了人力成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的具体实施方式、或者现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些具体实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的属于本申请保护范围之内的附图。

图1是本实用新型实施例的伺服电机负载控制系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的主控板的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，是本实用新型实施例的伺服电机负载控制系统的结构示意图。一种伺服电机负载控制系统，包括用于提供负载转矩的伺服电机，与伺服电机对应电性连接的伺服驱动器和转矩传感器，伺服电机、转矩传感器和被测电机固定安装在工装支架上，主控板分别与伺服驱动器和转矩传感器电性连接，主控板用于转矩和转速信号的测量并进行闭环调节。

伺服驱动器与伺服电机相连。当伺服电机用于负载状态时，将伺服驱动器设置为转矩模式，伺服驱动器输出的波形作用于伺服电机绕组，使得伺服电机提供要求的转矩。当伺服电机用于拖动状态时，伺服驱动器设置为转速模式，伺服驱动器控制伺服电机按设定的转速旋转，拖动被测电机进行测试。

伺服电机固定安装在工装支架上，伺服电机的转子轴与转矩传感器同轴相连。在伺服驱动器的控制下输出要求的负载转矩或转速。

转矩传感器也固定安装在工装支架上，其一端与伺服电机相连，另一端通过绝缘和快接工装与被测电机同轴相连。其作用是转矩和转速测量。

工装支架用于固定安装伺服电机、转矩传感器和被测电机，同时保证其同心连轴、快速夹装，并使被测电机与其它部位绝缘。

如图2所示，是本实用新型实施例的主控板的结构示意图。主控板用于测量转矩传感器提供的转矩信号和伺服驱动器提供的转速信号，通过接收上位机设定的转速和转矩参数，实现转速和转矩控制模式，并分别将当前的转速和转矩反馈量与主控板的MCU通过DA转换器输出的给定值进行比较，经过PI控制器调节后给伺服驱动器输出控制信号，以保证负载模块所控制的转矩和转速的精确、稳定。

主控板包括：转矩信号处理电路、转速信号处理电路、模式切换电路、MCU、DA转换器、PI控制器和驱动输出电路。MCU与DA转换器电性连接，转矩信号处理电路和转速信号处理电路分别与模式切换电路电性连接，DA转换器和模式切换电路分别与PI控制器电性连接，PI控制器与驱动输出电路电性连接，驱动输出电路与伺服驱动器电性连接。

转矩信号处理电路和转速信号处理电路，分别用于对转矩传感器反馈的转矩信号、伺服驱动器反馈的转速信号进行滤波、放大处理，使得处理后的反馈信号处于合适的范围内，能够作为PI控制器的输入。

模式切换电路与转矩信号处理电路和转速信号处理电路一起，用于不同模式下反馈信号的切换。当系统工作于恒转矩模式时，将转矩测量信号接入到转矩信号处理电路，并送入PI控制器。当系统工作于恒转速模式时，将转速信号接入转速信号处理电路，并送入PI控制器。

MCU与上位机中的软件模块建立通信关系，用于接收上位机发送的转矩和转速参数。测试时，MCU根据当前的工作模式控制模式切换电路接入转矩或转速信号，同时根据设定的转矩或转速参数，控制DA转换器输出对应的模拟量。该模拟量作为转矩或转速参数的标准信号，通过加法器与反馈的实际转矩或转速信号作用后，作为PI控制器的输入信号。

PI控制器用于调节控制输出。当转矩或转速反馈信号与设定信号存在差异时，PI控制器会输出对应的调节信号，通过伺服驱动器控制伺服电机调节输出转矩，使其工作在系统要求的转矩或转速状态。

驱动输出电路用于增强主控板输出控制信号的驱动能力，使得该驱动输出信号可直接作用于伺服驱动器的模拟控制输入端。

本实用新型使用伺服电机+转矩传感器的负载测试基本架构，采用PI控制器设计了兼容转矩和转速的双反馈闭环调节方式，实现了高精度、高稳定性的负载控制系统。

本实用新型实施例的伺服电机负载控制系统，仍然使用伺服电机作为负载模块，其整体体积更小便于固定和夹持工装的设计，能够兼容电气安全测试的绝缘隔离要求和反电势测试时对被测电机的拖动要求。在伺服电机负载的基础上，设计了转矩传感器和转矩闭环控制系统，通过对转矩的测量和反馈调节，能够解决开环伺服加载精度较差、转矩输出不稳定的问题。

本实用新型实施例中，未详细描述的技术特征均为现有技术或者常规技术手段，在此不再赘述。

最后需要说明的是：以上实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此。本领域技术人员应该理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种伺服电机负载控制系统，包括伺服电机，其特征在于，伺服驱动器和转矩传感器分别与伺服电机电性连接，主控板分别与伺服驱动器和转矩传感器电性连接；所述的主控板包括：转矩信号处理电路、转速信号处理电路、模式切换电路、MCU、DA转换器、PI控制器和驱动输出电路，MCU与DA转换器电性连接，转矩信号处理电路和转速信号处理电路分别与模式切换电路电性连接，DA转换器和模式切换电路分别与PI控制器电性连接，PI控制器与驱动输出电路电性连接，驱动输出电路与伺服驱动器电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种伺服电机负载控制系统，其特征在于，伺服电机、转矩传感器和被测电机固定安装在工装支架上。

3.根据权利要求2所述的一种伺服电机负载控制系统，其特征在于，伺服电机的转子轴与转矩传感器同轴相连，转矩传感器的一端与伺服电机相连，转矩传感器的另一端通过绝缘和快接工装与被测电机同轴相连。

4.根据权利要求1所述的一种伺服电机负载控制系统，其特征在于，所述的MCU与上位机电性连接。

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