同步/協(xié)調(diào)控制器性能測試平臺制造技術(shù)

本實用新型專利技術(shù)屬于伺服電機性能測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種同步／協(xié)調(diào)控制器性能測試平臺。該系統(tǒng)包括有載荷模擬實驗臺架，用于電機、制動器及慣量盤的安裝調(diào)整，以便通過在電機輸出軸端施加可調(diào)轉(zhuǎn)動慣量負載和摩擦力矩來模擬實際運行中的伺服載荷情況。實驗臺架上配置有扭矩傳感器和編碼器，通過數(shù)據(jù)采集卡和脈沖細分卡可以將扭矩及位置信息送入工業(yè)控制計算機中；工業(yè)控制計算機可以測試不同運行條件下的系統(tǒng)動靜態(tài)性能指標。本測試系統(tǒng)的優(yōu)勢在于可以模擬實際運行環(huán)境，較低成本地、便捷地、快速地實現(xiàn)對伺服電機同步／協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的各種測試，不但提高了控制器的開發(fā)效率，降低開發(fā)成本，也完善了控制器現(xiàn)場運行前的必要測試過程。（*該技術(shù)在2017年保護過期，可自由使用*）

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)屬于伺服電機性能測試
，具體涉及一種伺服電機同 步/協(xié)調(diào)性能測試平臺，用于對多電機同步/協(xié)調(diào)控制器的性能測試。技術(shù)背景隨著近年來工業(yè)的發(fā)展，對各種機械性能和產(chǎn)品質(zhì)量要求的逐漸提高， 單單針對一臺電機的控制在某些場合己經(jīng)不能滿足現(xiàn)代高科技發(fā)展的要求， 而需要人們?nèi)タ刂贫嗯_電機，讓其更好地協(xié)調(diào)運行。多電機同步/協(xié)調(diào)控制以 應用于航空器的對接，智能化雷達群、火炮群等的協(xié)調(diào)控制，柔性機械，高 性能的數(shù)控技術(shù)，機器人控制。另外，高性能的協(xié)調(diào)控制還可以提高紡織、 冶金、機械、造紙等行業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量和成品率?？傊?，多電機協(xié)調(diào)控制將為 軍事、航空、 一般工業(yè)
提供動態(tài)定位的理論和方法及需要統(tǒng)一動作 功能的多電機協(xié)調(diào)控制技術(shù)。然而在應用中，由于多電機同步/協(xié)調(diào)控制程序復雜性較高，使得控制器在 開發(fā)中需要反復調(diào)試，才能最終實現(xiàn)預期的控制功能。但是在控制器的開發(fā) 過程中，現(xiàn)場試驗是很難得的，成本也是非常高的。并且一般情況下，不宜 直接將控制器安裝在實際的系統(tǒng)中進行測試，因為首次實現(xiàn)的控制器會有許 多諸如軟件、硬件方面的缺陷，如果直接將其集成在系統(tǒng)中， 一方面不便于 對控制器的初期調(diào)試，另一方面，控制器的嚴重缺陷還會導致系統(tǒng)的損壞， 造成不必要的損失。傳統(tǒng)的試驗平臺，主要針對單臺伺服電機驅(qū)動器的控制 特性進行系統(tǒng)測試，尚未涉及多伺服電機同步/協(xié)調(diào)性能的測試問題。因此， 無法模擬多電機的實際運行環(huán)境，進行伺服電機同步/協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的各種測 試，降低了多電機協(xié)調(diào)控制器的開發(fā)效率，并增加了伺服電機同步/協(xié)調(diào)控制 系統(tǒng)進行實車試驗的風險及成本。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的是針對現(xiàn)有多電機同步/協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)開發(fā)過程中測試 難度較大的特點，提供了一種伺服電機同步/協(xié)調(diào)控制器性能測試平臺，通過 在載荷模擬實驗臺架上安裝不同數(shù)量的慣量盤和運行中施加可調(diào)的摩擦力 矩，可以模擬實際運行中伺服電機的慣性負載和摩擦負載；在電機輸出軸上 安裝扭矩傳感器和高精度編碼器，利用數(shù)據(jù)采集卡，將上述信號送入工業(yè)控 制計算機內(nèi)的實時采樣監(jiān)測軟件，以監(jiān)測單軸及多軸伺服系統(tǒng)的動靜態(tài)性能， 從而對伺服電機同步/協(xié)調(diào)控制器的控制品質(zhì)做出評價。為了實現(xiàn)上述目的，本技術(shù)采取了如下技術(shù)方案。本測試平臺主要 包括有多個結(jié)構(gòu)相同、軸平行布置的實驗臺架和工業(yè)控制計算機；每個實驗臺架包括有伺服電機1、磁粉制動器IO、慣量盤9、扭矩傳感 器6、旋轉(zhuǎn)編碼器2和N個平行布置的載荷模擬軸；其中，伺服電機l的輸 出軸上安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器2，伺服電機1輸出軸同時還通過第一同步齒型帶3 將動力傳遞給一級主軸4， 一級主軸4通過聯(lián)軸器5安裝有扭矩傳感器6， 一 級主軸4輸出的動力通過第二同步齒型帶7傳遞給二級主軸8， 二級主軸8上 安裝有尺寸相同的M個慣量盤9，數(shù)量M可以根據(jù)需要進行調(diào)整；二級主軸 8的輸出端安裝有摩擦可調(diào)的磁粉制動器10; —級主軸4與二級主軸8平行 布置；每個實驗臺架上的扭矩傳感器6和磁粉制動器10的輸出信號通過數(shù)據(jù)采 集卡送入工業(yè)控制計算機內(nèi)；每個實驗臺架上的旋轉(zhuǎn)編碼器2的輸出信號通過脈沖細分卡送入工業(yè)控 制計算機內(nèi)。測試時，先將伺服電機同步/協(xié)調(diào)控制器分別與本技術(shù)中的伺服電機 相連，根據(jù)測試要求，啟動工業(yè)控制計算機內(nèi)的實時采樣監(jiān)測軟件，并啟動 待測伺服電機同步/協(xié)調(diào)控制器，此時就可以在控制程序中進行各種運動方式 的調(diào)整，觀察監(jiān)測程序中各類參數(shù)的變化過程，并通過實時監(jiān)測系統(tǒng)記錄測試過程中產(chǎn)生的各種信號數(shù)據(jù)，從而對多電機同步/協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的特性進行 測試了。本技術(shù)能夠簡化控制器的開發(fā)過程，降低多電機同步/協(xié)調(diào)控制系統(tǒng) 的硬件成本和軟件設(shè)計工作量，使用中具有很高的靈活性。將本技術(shù)應 用到實際的伺服電機同步/協(xié)調(diào)控制器開發(fā)與測試過程中后，有以下顯著的優(yōu)點a) 降低了控制器軟硬件開發(fā)的難度，縮短了控制器軟硬件的開發(fā)周期，提 高了控制器軟硬件的性能。在一定程度上解決了不能頻繁進行現(xiàn)場試驗的問 題。b) 降低了現(xiàn)場試驗的難度，提高了現(xiàn)場試驗的效率與安全性，節(jié)約了現(xiàn)場 試驗的成本，降低了現(xiàn)場試驗的風險。c) 平臺具有通用性，可以根據(jù)需要進行不同的仿真測試，具有廣泛的應用 前景。附圖說明圖1載荷模擬軸的機械結(jié)構(gòu)示意圖圖2同步/協(xié)調(diào)控制器性能測試平臺的框圖圖中1、伺服電機，2、旋轉(zhuǎn)編碼器，3、第一同步齒型帶，4、 一級主軸， 5、聯(lián)軸器，6、扭矩傳感器，7、第二同步齒形帶，8、 二級主軸，9、慣量盤， 10、磁粉制動器。具體實施方式下面結(jié)合圖l、圖2對本技術(shù)作進一步說明 一種兩軸的同步性能測試系統(tǒng)。載荷模擬實驗臺架的單軸機械結(jié)構(gòu)采用圖1所示的多級傳動形式，逐級安裝有伺服電機l，角度編碼器2，扭矩傳感器6，慣量盤組9和磁粉制動器 10等，上述多級傳動形式的實驗臺架結(jié)構(gòu)緊湊、便于操作，為實現(xiàn)多電機性 能的測試，兩軸之間采用平行對稱，可方便進行系統(tǒng)的擴展。載荷模擬實驗臺架上將2組相同的載荷模擬軸平行對稱布置，且每軸均 采用同步齒形帶進行多級傳動，如圖1所示。伺服電機1的輸出軸上安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器2，同時通過第一同步齒型帶3將動力傳遞給一級主軸4，其上通 過聯(lián)軸器5安裝有扭矩傳感器6;而后輸出動力通過第二同步齒型帶7將動力 傳遞給二級主軸8，其上安裝有尺寸相同的M個慣量盤9，數(shù)量M可以根據(jù) 需要進行調(diào)整。二級主軸8的輸出端為摩擦可調(diào)的磁粉制動器10。 一級主軸 與二級主軸平行布置。上述結(jié)構(gòu)兼顧了安裝的簡便性、可維護性及可擴展性 的特點。實驗中，可以通過安裝不同數(shù)量的慣量盤和施加可調(diào)的摩擦力矩， 來模擬實際運行中伺服電機的慣性負載和摩擦負載；伺服電機1輸出軸上還 安裝有與工業(yè)控制計算機相連的扭矩傳感器6和高精度編碼器2，用于扭矩和 位置信號的采集，其中編碼器2采用正弦信號輸出可以高倍細分的增量式光 電編碼器，己獲得高精度的位置及速度(通過位置信號差分獲得)信號；扭 矩傳感器6采用脈沖頻率輸出型扭矩傳感器，防止電氣噪聲對測量結(jié)果的影 響。在本系統(tǒng)中，動態(tài)轉(zhuǎn)矩加載通過改變負載盤轉(zhuǎn)動慣量實現(xiàn)。在負載基軸 上加裝卡盤9，其中基軸直徑0=60，轉(zhuǎn)動慣量J二0.0064kg'm2，質(zhì)量m44 kg，可以加裝1 4負載盤來模擬實際運行中的慣性負載。靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的加載， 通過采用日本三菱公司的磁粉制動器10來實現(xiàn)，其轉(zhuǎn)矩模擬范圍為0 25Nm。 磁粉制動器安裝在傳動鏈的末端，其輸出轉(zhuǎn)矩隨勵磁電流的變化而變化，通 過改變勵磁電流便可在較大范圍內(nèi)控制轉(zhuǎn)矩，且不受轉(zhuǎn)速影響。伺服電機1輸出軸上的位置信號和扭矩信號被接入脈沖細分卡11和數(shù)據(jù) 采集卡12，送入工業(yè)控制計算機中，其中數(shù)據(jù)采集卡主要完成頻率信號的采 集及磁粉制動器的控制，因此需要選擇一款具有多路高速計數(shù)口和模擬量輸 出口的數(shù)據(jù)采集板卡12，脈沖細分卡ll選擇具有高倍細分功能的接口卡，通 過對編碼器輸出信號進行電子倍頻以獲得更高的位置測量精度，從而為同步/ 協(xié)調(diào)控制器的控制特性分析提供最佳原始判斷數(shù)據(jù)。本實施例中的轉(zhuǎn)矩傳感器6采用北京三晶的JN338-A100，該傳感器采用 兩組特殊環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器來實現(xiàn)能源的輸入及轉(zhuǎn)矩信號的輸出，能夠測量穩(wěn) 態(tài)扭矩，也能測量過渡過程的動態(tài)轉(zhuǎn)矩；輸出信號以頻率形式給出，信噪比 高，工作本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
同步／協(xié)調(diào)控制器性能測試平臺，其特征在于：包括有多個結(jié)構(gòu)相同、軸平行布置的實驗臺架和工業(yè)控制計算機；　　　　每個實驗臺架包括有伺服電機（１）、磁粉制動器（１０）、慣量盤（９）、扭矩傳感器（６）、旋轉(zhuǎn)編碼器（２）和Ｎ個平行布置的載荷模擬軸；其中，伺服電機（１）的輸出軸上安裝有旋轉(zhuǎn)編碼器（２），伺服電機輸出軸同時還通過第一同步齒型帶（３）將動力傳遞給一級主軸（４），一級主軸（４）通過聯(lián)軸器（５）安裝有扭矩傳感器（６）；一級主軸（４）輸出的動力通過第二同步齒型帶（７）傳遞給二級主軸（８），二級主軸（８）上安裝有尺寸相同的Ｍ個慣量盤（９）；二級主軸（８）的輸出端安裝有摩擦可調(diào)的磁粉制動器（１０）；一級主軸（４）與二級主軸（８）平行布置；　　　　每個實驗臺架上的扭矩傳感器（６）和磁粉制動器（１０）的輸出信號通過數(shù)據(jù)采集卡（１２）送入工業(yè)控制計算機內(nèi)；　　　　每個實驗臺架上的旋轉(zhuǎn)編碼器（２）的輸出信號通過脈沖細分卡（１３）送入工業(yè)控制計算機內(nèi)。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊建武，崔晶，王智泉，汪亮寶，張慧慧，張楠，
申請(專利權(quán))人：北京工業(yè)大學，
類型：實用新型
國別省市：11[中國|北京]