專利名稱：用于被動式電動加載系統的力矩校準裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種力矩校準裝置。
背景技術：
被動式電動加載系統根據加載對象的運行特性，產生加載對象所需要的模擬負載，按照加載曲線對其施加力矩，實現加載對象載荷譜的精確跟蹤，以檢測和考核加載對象在實際負載條件下的控制性能和系統可靠性。采用被動式電動加載的辦法，可以真實快速的模擬加載對象的真實負載，大大節約成本，縮短研究周期，在產品的研制水平保證和生產質量保證中都起著十分重要的作用。與其它方法相比，被動式電動加載具有響應速度快、體積小、結構簡單、成本低、維護使用方便等優點。模擬舵面展開過程中所受到的空氣阻力就是其應用之一。舵面展開過程時間小于ls，液壓加載或電液加載已不能滿足加載速度要求， 因此必須采用被動式電動加載方案。被動式電動加載系統無法做到力矩加載的閉環控制。為了保證加載的加載精度， 需要對伺服驅動部分進行力矩校準。在整個加載過程中存在多余的軸系轉動慣量，產生力矩控制誤差，即多余力。在設定加載對象運動方向為正方向前提下，當期望加載力矩減去多余力為正時，就需要伺服電機輸出推力即主動力，此刻伺服電機出力方向與軸系轉動方向一致。當期望加載力矩減去多余力為負時，就需要伺服電機輸出一個阻力即被動力，此刻伺服電機出力方向與軸系轉動方向相反。由于載荷譜的力矩有正有負，而且在加載過程中角加速度的變化有正有負，某時刻的伺服電機出力表現為主動力或被動力。為了實現高精度的被動式電動加載，需要對伺服電機出主動力和被動力進行校準。公開號為CN201476914U的專利“電機力矩測試裝置”，提出通過拉力計實現電機力矩的測試，但是對于大力矩的測試，該方法無法實現。公開號為CN201611291U的專利“永磁同步電機堵轉力矩測試裝置”，提出利用堵轉設備卡住傳動軸，進行力矩校準的方法，但是對于大力矩的測試，很難卡住傳動軸，而且電機在堵轉狀態下容易燒壞。因此上述兩種技術均無法應用于大力矩被動式電動加載系統的力矩校準。
發明內容為了克服現有技術無法滿足被動式電動加載力矩校準要求的不足，本發明提供一種力矩校準裝置，實現被動式電動加載系統的主動力和被動力校準。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是包括伺服電機控制器、伺服電機驅動器、伺服電機、轉矩轉速傳感器、減速機、校準電機、校準電機驅動控制器、編碼器、聯軸器和計算機。伺服電機控制器輸出控制信號，控制伺服電機驅動器。伺服電機驅動器控制伺服電機輸出力矩。轉矩轉速傳感器通過聯軸器連接伺服電機，測量伺服電機的轉速和輸出力矩。減速機的輸入端連接校準電機，輸出端通過聯軸器連接轉矩轉速傳感器，從而將伺服電機作為校準電機的負載。聯軸器用于連接伺服電機、轉矩轉速傳感器和減速器，保證軸系
3的同軸度。兩個編碼器分別安裝在伺服電機轉子和校準電機轉子上，分別向伺服電機驅動器和校準電機驅動控制器提供轉子位置信息。計算機通過CAN總線實現對伺服電機控制器的控制，采用RS232接口讀取轉矩轉速傳感器的測量數據。校準過程中，將伺服電機驅動器以及伺服電機看做一個黑盒子，根據伺服電機控制器給定不同的信號，以及轉矩轉速傳感器測量的伺服電機輸出力矩，得出給定信號和輸出力矩的關系。校準電機驅動控制器根據安裝在其轉子上的編碼器反饋信息，控制校準電機以恒轉速旋轉。伺服電機充當校準電機的負載。伺服電機的輸出力矩發生變化時，校準電機的負載發生變化，軸系會產生加速度。校準電機工作在轉速閉環模式，在校準電機驅動控制器的控制下，轉速會最終保持穩定。轉速穩定后，說明伺服電機輸出力矩經減速機傳動后與校準電機輸出力矩相等，軸系達到穩態。此時計算機讀取轉矩轉速傳感器的測量值作為伺服電機輸出力矩值。計算機根據多組伺服電機控制器控制信號和轉矩轉速傳感器力矩測量值， 采用曲線擬合方法，建立伺服控制器給定信號和伺服電機輸出力矩的關系。當校準電機的轉向和伺服電機出力方向相同時，完成主動出力的校準；當校準電機的轉向和伺服電機出力方向相反時，完成被動出力的校準。本發明的有益效果是1)在伺服電機轉子轉動狀態下，完成力矩的校準；2)利用減速機，實現小功率校準電機對大轉矩的校準；3)實現伺服電機的被動出力校準；4)實現伺服電機的主動出力校準；5)采用同一工裝，實現被動出力和主動出力的校準；6)快速實現力矩校準，保證伺服電機不在大力矩輸出狀態下長時間工作，保護伺服電機。因此，本發明應用于被動式電動加載力矩校準中，可完成主動出力和被動出力的校準。
圖1為力矩校準結構框圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本發明進一步說明。本發明實施實例的結構參照圖1，由編碼器、伺服電機、聯軸器、轉矩轉速傳感器、 減速器、校準電機、伺服驅動器、伺服控制器、計算機和校準驅動控制器組成。兩個編碼器分別安裝在伺服電機轉子和校準電機轉子。伺服電機和轉矩轉速傳感器通過聯軸器相連。轉矩轉速傳感器和減速器通過聯軸器相連。減速器的輸入端安裝在校準電機的轉子上。伺服電機、轉矩轉速傳感器、減速器和校準電機，相互之間同軸連接。本發明實施實例安裝在伺服電機轉子上的編碼器采用德國BAUMER公司生產的 PI_ITD_21_A_4_Y79型光電編碼器，分辨率為2048個脈沖/圈。安裝在校準電機轉子上的編碼器采用山巍電氣有限公司生產的IHA型空心軸光電編碼器，分辨率為2500個脈沖/圈。伺服電機選用德國倫茨(LENZE)公司的異步伺服電機。該電機具有轉動慣量小， 動態響應快等優點。聯軸器選用直徑為38-28，用于連接伺服電機和轉矩轉速傳感器，以及轉矩轉速傳感器和減速器。[0018]轉矩轉速傳感器選用JN338型三晶轉矩轉速傳感器。減速器選用BONMET行星伺服專用減速器，減速比為32 1。校準電機選用振宏三相異步電機，型號為Y112M-2。伺服驅動器選用ABB變頻器，型號為ACS800-04-0170。為了將校準過程中產生的多余能量耗散以保護驅動器，配置制動電阻箱。伺服控制器選用基于TMS320F28335作為主控CPU的控制器，向伺服驅動器輸出驅
動信號。計算機采用研華工控機，用于發出控制指令、采集數據和數據處理。校準驅動控制器選用ABB變頻器，型號為ACS800-01-0009。進行校準時，首先使校準驅動控制器控制校準電機按照給定轉速恒轉速旋轉。計算機發出校準信息，給伺服控制器。伺服控制器收到命令后，分析計算，輸出相應的控制信息。伺服驅動器工作在直接轉矩控制模式下，根據收到的命令以及編碼器的反饋信息，控制伺服電機輸出轉矩。轉矩轉速傳感器測得對應的轉矩和轉速信息，并通過串口傳向計算機。 計算機根據收到的軸系轉速信息，判斷軸系的力矩是否達到平衡狀態。當達到力矩平衡時， 記錄相應的力矩值。計算機根據多組校準數據，采用曲線擬合方法，建立伺服控制器給定信號和伺服電機輸出力矩的關系。
權利要求1. 一種用于被動式電動加載系統的力矩校準裝置，包括伺服電機控制器、伺服電機驅動器、伺服電機、轉矩轉速傳感器、減速機、校準電機、校準電機驅動控制器、編碼器、聯軸器和計算機，其特征在于伺服電機控制器輸出控制信號，控制伺服電機驅動器；伺服電機驅動器控制伺服電機輸出力矩；轉矩轉速傳感器通過聯軸器連接伺服電機，測量伺服電機的轉速和輸出力矩；減速機的輸入端連接校準電機，輸出端通過聯軸器連接轉矩轉速傳感器， 從而將伺服電機作為校準電機的負載；兩個編碼器分別安裝在伺服電機轉子和校準電機轉子上，分別向伺服電機驅動器和校準電機驅動控制器提供轉子位置信息；計算機通過CAN 總線實現對伺服電機控制器的控制，采用RS232接口讀取轉矩轉速傳感器的測量數據。
專利摘要本實用新型公開了一種用于被動式電動加載系統的力矩校準裝置，伺服電機控制器控制伺服電機驅動器；伺服電機驅動器控制伺服電機輸出力矩；轉矩轉速傳感器測量伺服電機的轉速和輸出力矩；減速機連接校準電機和轉矩轉速傳感器，兩個編碼器分別向伺服電機驅動器和校準電機驅動控制器提供轉子位置信息；計算機通過CAN總線實現對伺服電機控制器的控制，采用RS232接口讀取轉矩轉速傳感器的測量數據。本實用新型應用于被動式電動加載力矩校準中，可完成主動出力和被動出力的校準。
文檔編號G01L25/00GK202255757SQ20112039000
公開日2012年5月30日 申請日期2011年10月13日 優先權日2011年10月13日
發明者林輝, 王德成, 齊蓉 申請人:西北工業大學