专利名称：用于被动式电动加载系统的力矩校准装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种力矩校准装置。
技术背景
被动式电动加载系统根据加载对象的运行特性，产生加载对象所需要的模拟负载，按照加载曲线对其施加力矩，实现加载对象载荷谱的精确跟踪，以检测和考核加载对象在实际负载条件下的控制性能和系统可靠性。采用被动式电动加载的办法，可以真实快速的模拟加载对象的真实负载，大大节约成本，缩短研究周期，在产品的研制水平保证和生产质量保证中都起着十分重要的作用。与其它方法相比，被动式电动加载具有响应速度快、体积小、结构简单、成本低、维护使用方便等优点。模拟舵面展开过程中所受到的空气阻力就是其应用之一。舵面展开过程时间小于ls，液压加载或电液加载已不能满足加载速度要求， 因此必须采用被动式电动加载方案。
被动式电动加载系统无法做到力矩加载的闭环控制。为了保证加载的加载精度， 需要对伺服驱动部分进行力矩校准。
在整个加载过程中存在多余的轴系转动惯量，产生力矩控制误差，即多余力。在设定加载对象运动方向为正方向前提下，当期望加载力矩减去多余力为正时，就需要伺服电机输出推力即主动力，此刻伺服电机出力方向与轴系转动方向一致。当期望加载力矩减去多余力为负时，就需要伺服电机输出一个阻力即被动力，此刻伺服电机出力方向与轴系转动方向相反。由于载荷谱的力矩有正有负，而且在加载过程中角加速度的变化有正有负，某时刻的伺服电机出力表现为主动力或被动力。为了实现高精度的被动式电动加载，需要对伺服电机出主动力和被动力进行校准。
公开号为CN201476914U的专利“电机力矩测试装置”，提出通过拉力计实现电机力矩的测试，但是对于大力矩的测试，该方法无法实现。公开号为CN20161U91U的专利“永磁同步电机堵转力矩测试装置”，提出利用堵转设备卡住传动轴，进行力矩校准的方法，但是对于大力矩的测试，很难卡住传动轴，而且电机在堵转状态下容易烧坏。因此上述两种技术均无法应用于大力矩被动式电动加载系统的力矩校准。发明内容
为了克服现有技术无法满足被动式电动加载力矩校准要求的不足，本发明提供一种力矩校准装置，实现被动式电动加载系统的主动力和被动力校准。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包括伺服电机控制器、伺服电机驱动器、伺服电机、转矩转速传感器、减速机、校准电机、校准电机驱动控制器、编码器、联轴器和计算机。伺服电机控制器输出控制信号，控制伺服电机驱动器。伺服电机驱动器控制伺服电机输出力矩。转矩转速传感器通过联轴器连接伺服电机，测量伺服电机的转速和输出力矩。减速机的输入端连接校准电机，输出端通过联轴器连接转矩转速传感器，从而将伺服电机作为校准电机的负载。联轴器用于连接伺服电机、转矩转速传感器和减速器，保证轴系的同轴度。两个编码器分别安装在伺服电机转子和校准电机转子上，分别向伺服电机驱动器和校准电机驱动控制器提供转子位置信息。计算机通过CAN总线实现对伺服电机控制器的控制，采用RS232接口读取转矩转速传感器的测量数据。
校准过程中，将伺服电机驱动器以及伺服电机看做一个黑盒子，根据伺服电机控制器给定不同的信号，以及转矩转速传感器测量的伺服电机输出力矩，得出给定信号和输出力矩的关系。
校准电机驱动控制器根据安装在其转子上的编码器反馈信息，控制校准电机以恒转速旋转。伺服电机充当校准电机的负载。伺服电机的输出力矩发生变化时，校准电机的负载发生变化，轴系会产生加速度。校准电机工作在转速闭环模式，在校准电机驱动控制器的控制下，转速会最终保持稳定。转速稳定后，说明伺服电机输出力矩经减速机传动后与校准电机输出力矩相等，轴系达到稳态。此时计算机读取转矩转速传感器的测量值作为伺服电机输出力矩值。计算机根据多组伺服电机控制器控制信号和转矩转速传感器力矩测量值， 采用曲线拟合方法，建立伺服控制器给定信号和伺服电机输出力矩的关系。当校准电机的转向和伺服电机出力方向相同时，完成主动出力的校准；当校准电机的转向和伺服电机出力方向相反时，完成被动出力的校准。
本发明的有益效果是1)在伺服电机转子转动状态下，完成力矩的校准；幻利用减速机，实现小功率校准电机对大转矩的校准；3)实现伺服电机的被动出力校准；4)实现伺服电机的主动出力校准；5)采用同一工装，实现被动出力和主动出力的校准；6)快速实现力矩校准，保证伺服电机不在大力矩输出状态下长时间工作，保护伺服电机。因此，本发明应用于被动式电动加载力矩校准中，可完成主动出力和被动出力的校准。
图1为力矩校准结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明实施实例的结构参照图1，由编码器、伺服电机、联轴器、转矩转速传感器、 减速器、校准电机、伺服驱动器、伺服控制器、计算机和校准驱动控制器组成。两个编码器分别安装在伺服电机转子和校准电机转子。伺服电机和转矩转速传感器通过联轴器相连。转矩转速传感器和减速器通过联轴器相连。减速器的输入端安装在校准电机的转子上。伺服电机、转矩转速传感器、减速器和校准电机，相互之间同轴连接。
本发明实施实例安装在伺服电机转子上的编码器采用德国BAUMER公司生产的 PI_ITD_21_A_4Y79型光电编码器，分辨率为2048个脉冲/圈。
安装在校准电机转子上的编码器采用山巍电气有限公司生产的IHA型空心轴光电编码器，分辨率为2500个脉冲/圈。
伺服电机选用德国伦茨(LENZE)公司的异步伺服电机。该电机具有转动惯量�。� 动态响应快等优点。
联轴器选用直径为38-28，用于连接伺服电机和转矩转速传感器，以及转矩转速传感器和减速器。
转矩转速传感器选用JN338型三晶转矩转速传感器。
减速器选用BONMET行星伺服专用减速器，减速比为32 1。
校准电机选用振宏三相异步电机，型号为Y112M-2。
伺服驱动器选用ABB变频器，型号为ACS800-04-0170。为了将校准过程中产生的多余能量耗散以保护驱动器，配置制动电阻箱。
伺服控制器选用基于TMS320F28335作为主控CPU的控制器，向伺服驱动器输出驱动信号。
计算机采用研华工控机，用于发出控制指令、采集数据和数据处理。
校准驱动控制器选用ABB变频器，型号为ACS800-01-0009。
进行校准时，首先使校准驱动控制器控制校准电机按照给定转速恒转速旋转。计算机发出校准信息，给伺服控制器。伺服控制器收到命令后，分析计算，输出相应的控制信息。伺服驱动器工作在直接转矩控制模式下，根据收到的命令以及编码器的反馈信息，控制伺服电机输出转矩。转矩转速传感器测得对应的转矩和转速信息，并通过串口传向计算机。 计算机根据收到的轴系转速信息，判断轴系的力矩是否达到平衡状态。当达到力矩平衡时， 记录相应的力矩值。计算机根据多组校准数据，采用曲线拟合方法，建立伺服控制器给定信号和伺服电机输出力矩的关系。
权利要求
1. 一种用于被动式电动加载系统的力矩校准装置，包括伺服电机控制器、伺服电机驱动器、伺服电机、转矩转速传感器、减速机、校准电机、校准电机驱动控制器、编码器、联轴器和计算机，其特征在于伺服电机控制器输出控制信号，控制伺服电机驱动器；伺服电机驱动器控制伺服电机输出力矩；转矩转速传感器通过联轴器连接伺服电机，测量伺服电机的转速和输出力矩；减速机的输入端连接校准电机，输出端通过联轴器连接转矩转速传感器， 从而将伺服电机作为校准电机的负载；两个编码器分别安装在伺服电机转子和校准电机转子上，分别向伺服电机驱动器和校准电机驱动控制器提供转子位置信息；计算机通过CAN 总线实现对伺服电机控制器的控制，采用RS232接口读取转矩转速传感器的测量数据。
全文摘要
本发明公开了一种用于被动式电动加载系统的力矩校准装置，伺服电机控制器控制伺服电机驱动器；伺服电机驱动器控制伺服电机输出力矩；转矩转速传感器测量伺服电机的转速和输出力矩；减速机连接校准电机和转矩转速传感器，两个编码器分别向伺服电机驱动器和校准电机驱动控制器提供转子位置信息；计算机通过CAN总线实现对伺服电机控制器的控制，采用RS232接口读取转矩转速传感器的测量数据。本发明应用于被动式电动加载力矩校准中，可完成主动出力和被动出力的校准。
文档编号G01L5/00GK102507060SQ201110311030
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月13日 优先权日2011年10月13日
发明者林辉, 王德成, 齐蓉 申请人:西北工业大学
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
