專(zhuān)利名稱(chēng)：采用交流伺服電機(jī)作為可變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的模擬裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)仿真技術(shù)，具體涉及采用交流伺服電機(jī)作為 可變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的模擬裝置。
背景技術(shù)：
數(shù)控機(jī)床作為裝備制造業(yè)的核心，正在向高速度、高精度、智能化、復(fù)合化、環(huán)?；?方向發(fā)展，伺服驅(qū)動(dòng)裝置作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也對(duì)其提出了更高的要求，它的性能直接影響到其 所帶動(dòng)的各式機(jī)械設(shè)備的相關(guān)性能。對(duì)于伺服系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于工作條件和環(huán)境不同，它們的 執(zhí)行元件所承受的負(fù)載也不一樣。可變轉(zhuǎn)矩負(fù)載模擬裝置是仿真實(shí)驗(yàn)的重要設(shè)備，主要功 能是在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬實(shí)際工作的環(huán)境，對(duì)被測(cè)系統(tǒng)施加與實(shí)際工況相對(duì)應(yīng)的負(fù)載，從 而真實(shí)地反映出伺服系統(tǒng)的實(shí)際性能。目前，負(fù)載模擬裝置一般采用的加載方式大致是電液伺服裝置加載、電磁加載和 電機(jī)加載等。電液伺服加載主要優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)連續(xù)加載，且頻帶較寬，輸出負(fù)載力矩大，但 存在液壓源體積大、功耗和噪聲大，容易產(chǎn)生多余力矩等缺點(diǎn)。電磁加載設(shè)備主要有測(cè)功機(jī) 和磁粉制動(dòng)器等，主要優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)速范圍寬，控制方便，制動(dòng)力矩大，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作等，缺 點(diǎn)是存在低速時(shí)加不上載荷的現(xiàn)象，不可連續(xù)加載，容易出現(xiàn)磁路飽和磁滯效應(yīng)，使得力矩 與電流并不是嚴(yán)格的線(xiàn)形關(guān)系。電機(jī)加載設(shè)備目前主要采用直流電機(jī)或力矩電機(jī)，直流電 機(jī)作為加載元件主要存在電樞電流大，功率損失大，以及換向器的問(wèn)題。采用力矩電機(jī)作為 加載元件，能夠提供較寬范圍力矩，響應(yīng)速度較快，但速度范圍有限，不能主動(dòng)拖動(dòng)被測(cè)元 件，操作復(fù)雜，負(fù)載裝置側(cè)的能量主要以熱能的方式耗掉?？傊?，上述加載方式優(yōu)缺點(diǎn)并存， 沒(méi)有較理想的解決方案。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種采用交流伺服電機(jī)作 為可變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的模擬裝置，本裝置可以模擬任意大小的扭矩負(fù)載，且模擬扭矩范圍寬、精 度高、響應(yīng)快，可調(diào)速度范圍寬和上位機(jī)組成閉環(huán)系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，具備自動(dòng)測(cè)試功能， 實(shí)現(xiàn)了可連續(xù)加載測(cè)試。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的采用交流伺服電機(jī)作為可變轉(zhuǎn) 矩負(fù)載的模擬裝置，設(shè)置有底座、3個(gè)支撐座、被測(cè)電機(jī)、被測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元、負(fù)載電機(jī)、負(fù)載 側(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元、傳感器以及連軸器(1)、連軸器O)，其中，所述底座固定在地基上，3個(gè)支 撐座安裝在底座上，并可在底座上前后移動(dòng)以調(diào)整距離，被測(cè)電機(jī)、傳感器和負(fù)載電機(jī)分別 安裝在一個(gè)支撐座上，被測(cè)電機(jī)的輸出軸通過(guò)連軸器(1)和傳感器的其中一個(gè)輸入端機(jī)械 連接，傳感器的另一輸入端和負(fù)載電機(jī)通過(guò)連軸器( 機(jī)械連接；被測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元和被 測(cè)電機(jī)通過(guò)電氣連接，以控制被測(cè)電機(jī)的扭矩、轉(zhuǎn)速和位置角度，同理，負(fù)載側(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單 元和負(fù)載電機(jī)通過(guò)電氣連接，以控制負(fù)載電機(jī)的扭矩、轉(zhuǎn)速；傳感器的輸出端與上位機(jī)電氣 連接，用以檢測(cè)連軸器(1)、連軸器( 上的轉(zhuǎn)速和扭矩信息，然后反饋給上位機(jī)；上位機(jī)分別與被測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元和負(fù)載側(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元電氣連接，用以發(fā)送指令控制被測(cè)伺服驅(qū)動(dòng) 單元和負(fù)載側(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元，并依據(jù)傳感器的反饋信息來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)給被測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元和 負(fù)載側(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元的控制指令。所述上位機(jī)設(shè)置有用戶(hù)圖形顯示界面。所述上位機(jī)設(shè)置有數(shù)據(jù)采集卡，用以采集記錄傳感器上傳的測(cè)量數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)采集卡優(yōu)選嵌入式NI PCI 6602。上述采用交流伺服電機(jī)作為可變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的模擬裝置的實(shí)現(xiàn)方法，具體為上位機(jī)輸出轉(zhuǎn)速指令給被測(cè)伺服單元，輸出扭矩指令給負(fù)載側(cè)伺服單元，被測(cè)伺 服單元根據(jù)轉(zhuǎn)速指令驅(qū)動(dòng)被測(cè)電機(jī)并帶動(dòng)負(fù)載電機(jī)運(yùn)行，負(fù)載側(cè)伺服單元根據(jù)扭矩指令驅(qū) 動(dòng)負(fù)載電機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的扭矩，該扭矩通過(guò)連軸器O)、傳感器、連軸器(1)所組成的傳動(dòng)裝 置施加于被測(cè)電機(jī)軸上，傳感器作為檢測(cè)元件將連軸器(1)、連軸器(2)的轉(zhuǎn)子上轉(zhuǎn)速和扭 矩信息反饋給上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)實(shí)際需要來(lái)調(diào)節(jié)整個(gè)伺服裝置的轉(zhuǎn)速和扭矩，以達(dá)到模 擬負(fù)載的目的。上述方法中，上位機(jī)提供圖形化用戶(hù)界面，完成對(duì)系統(tǒng)硬件的配置和對(duì)用戶(hù)界面 和控制參數(shù)的設(shè)置，并實(shí)時(shí)更新各指標(biāo)參量對(duì)時(shí)間的波形顯示，經(jīng)過(guò)曲線(xiàn)擬合后得到電動(dòng) 機(jī)特性曲線(xiàn)，最后完成測(cè)試數(shù)據(jù)的記錄工作。上述方法中，被測(cè)伺服單元與被測(cè)電機(jī)組成的系統(tǒng)工作于速度方式時(shí)，處于電動(dòng) 狀態(tài)，用來(lái)控制整個(gè)模擬裝置的速度；負(fù)載側(cè)伺服單元與負(fù)載電機(jī)組成的系統(tǒng)工作于轉(zhuǎn)矩 閉環(huán)方式時(shí)，處于發(fā)電狀態(tài)，通過(guò)控制負(fù)載電機(jī)的電流來(lái)改變負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)矩大小，模擬被 測(cè)電機(jī)的負(fù)載靜態(tài)和動(dòng)態(tài)變化。本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，解決了現(xiàn)存的負(fù)載模擬裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作不便的技術(shù)問(wèn) 題；2、克服了測(cè)功機(jī)、磁粉制動(dòng)器等加載裝置的缺陷，從電機(jī)零速到最高轉(zhuǎn)速都可以 連續(xù)加載，且不需要冷卻裝置；3、兩個(gè)電機(jī)對(duì)拖，不需安裝制動(dòng)裝置，并將負(fù)載側(cè)電機(jī)的95%的能量反饋給電網(wǎng)， 既節(jié)能又環(huán)保，克服了現(xiàn)有加載裝置只能將能量以熱能的方式耗掉的缺點(diǎn)；4、與現(xiàn)有技術(shù)比較，本實(shí)用新型可以模擬任意大小的扭矩負(fù)載，且模擬扭矩范圍 寬、精度高、響應(yīng)快，和上位機(jī)組成閉環(huán)系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，具備自動(dòng)測(cè)試功能和連續(xù)靜態(tài) 和動(dòng)態(tài)加載測(cè)試。
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型的整體工作原理圖；圖3是本實(shí)用新型的工作原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施 方式不限于此。[0022]實(shí)施例1采用交流伺服電機(jī)作為可變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的模擬裝置，如圖1所示，設(shè)置有底座1、支 撐座2、支撐座3、支撐座4、被測(cè)電機(jī)5、被測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元(圖中未示出)、負(fù)載電機(jī)6、負(fù) 載側(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元(圖中未示出)、傳感器7以及連軸器8、連軸器9，其中，所述底座1固 定在地基上，3個(gè)支撐座安裝在底座1上，并可在底座1上前后移動(dòng)以調(diào)整距離，被測(cè)電機(jī) 5、傳感器7和負(fù)載電機(jī)6分別安裝在一個(gè)支撐座上，被測(cè)電機(jī)5的輸出軸通過(guò)連軸器8和 傳感器7的其中一個(gè)輸入端機(jī)械連接，傳感器7的另一輸入端和負(fù)載電機(jī)6通過(guò)連軸器9 機(jī)械連接；被測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元和被測(cè)電機(jī)5通過(guò)電氣連接，以控制被測(cè)電機(jī)5的扭矩、轉(zhuǎn)速 和位置角度，同理，負(fù)載側(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元和負(fù)載電機(jī)通過(guò)電氣連接，以控制負(fù)載電機(jī)6的扭 矩、轉(zhuǎn)速；傳感器7的輸出端與上位機(jī)電氣連接，用以檢測(cè)連軸器8、連軸器9上的轉(zhuǎn)速和扭 矩信息，反饋給上位機(jī)；上位機(jī)分別與被測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元和負(fù)載側(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元電氣連接， 用以發(fā)送指令控制被測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元和負(fù)載側(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元，并依據(jù)傳感器7的反饋信息 來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)給被測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元和負(fù)載側(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元的控制指令。總的來(lái)說(shuō)，如圖2所示，被測(cè)電機(jī)和負(fù)載電機(jī)通過(guò)兩個(gè)連軸器以及傳感器機(jī)械連 接，實(shí)現(xiàn)電機(jī)對(duì)拖，再生能量直接回饋到電網(wǎng)上。被測(cè)電機(jī)的給定負(fù)載來(lái)源于負(fù)載電機(jī)，通 過(guò)調(diào)節(jié)負(fù)載側(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元，負(fù)載電機(jī)輸出連續(xù)扭矩，可以測(cè)量被測(cè)電機(jī)的過(guò)載能力、溫升 實(shí)驗(yàn)、堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)、電機(jī)突加減負(fù)載試驗(yàn)等。上述采用交流伺服電機(jī)作為可變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的模擬裝置的工作原理，如圖3所示上位機(jī)輸出轉(zhuǎn)速指令給被測(cè)伺服單元，輸出扭矩指令給負(fù)載側(cè)伺服單元，被測(cè)伺 服單元根據(jù)轉(zhuǎn)速指令驅(qū)動(dòng)被測(cè)電機(jī)并帶動(dòng)負(fù)載電機(jī)運(yùn)行，負(fù)載側(cè)伺服單元根據(jù)扭矩指令驅(qū) 動(dòng)負(fù)載電機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的扭矩，該扭矩通過(guò)連軸器O)、傳感器、連軸器(1)所組成的傳動(dòng)裝 置施加于被測(cè)電機(jī)軸上，傳感器作為檢測(cè)元件將連軸器(1)、連軸器O)的轉(zhuǎn)子上轉(zhuǎn)速和扭 矩信息反饋給上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)實(shí)際需要來(lái)調(diào)節(jié)整個(gè)伺服裝置的轉(zhuǎn)速和扭矩，以達(dá)到模 擬負(fù)載的目的。上位機(jī)用于提供圖形化用戶(hù)界面，完成對(duì)系統(tǒng)硬件的配置和對(duì)用戶(hù)界面和控制參 數(shù)的設(shè)置，并實(shí)時(shí)更新各指標(biāo)參量對(duì)時(shí)間的波形顯示，經(jīng)過(guò)曲線(xiàn)擬合后得到電動(dòng)機(jī)特性曲 線(xiàn)，最后完成測(cè)試數(shù)據(jù)的記錄工作。與此同時(shí)，上位機(jī)還通過(guò)嵌入式NI PCI 6602數(shù)據(jù)采集 卡完成對(duì)非控制參量，如電機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩、位置、溫度等的測(cè)量工作。上述方法中，被測(cè)伺服單元與被測(cè)電機(jī)組成的系統(tǒng)工作于速度方式時(shí)，處于電動(dòng) 狀態(tài)，用來(lái)控制整個(gè)模擬裝置的速度；負(fù)載側(cè)伺服單元與負(fù)載電機(jī)組成的系統(tǒng)工作于轉(zhuǎn)矩 閉環(huán)方式時(shí)，處于發(fā)電狀態(tài)，通過(guò)控制負(fù)載電機(jī)的電流來(lái)改變負(fù)載電機(jī)的轉(zhuǎn)矩大小，模擬被 測(cè)電機(jī)的負(fù)載變化，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快，可以快速產(chǎn)生所需的扭矩。當(dāng)施加給被測(cè)電機(jī)的負(fù)載 和轉(zhuǎn)速方向相反時(shí)，被測(cè)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，負(fù)載電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)，完成各種負(fù)載模擬試 驗(yàn)。實(shí)際操作上，本模擬裝置可在兩種工作模式下運(yùn)行自動(dòng)工作模式和手動(dòng)工作模 式，主要測(cè)試項(xiàng)目有1)電機(jī)過(guò)載能力試驗(yàn)幻電機(jī)堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)幻電機(jī)溫升試驗(yàn)4)模擬實(shí)際 切削時(shí)的電機(jī)突加減負(fù)載試驗(yàn)幻伺服驅(qū)動(dòng)器負(fù)載下的溫升實(shí)驗(yàn)6)驅(qū)動(dòng)器帶負(fù)載能力測(cè)試 實(shí)驗(yàn)等。自動(dòng)工作模式下，上位機(jī)根據(jù)用戶(hù)完成軟硬件的設(shè)置和配置，然后選擇負(fù)載測(cè)試5或定參數(shù)測(cè)試，負(fù)載測(cè)試下用戶(hù)需要設(shè)置負(fù)載曲線(xiàn)、負(fù)載時(shí)間、循環(huán)時(shí)間以及測(cè)試時(shí)間等測(cè) 試參數(shù)；定參數(shù)測(cè)試下，用戶(hù)可以選擇指定扭矩、轉(zhuǎn)速或是位置，并設(shè)置相應(yīng)的定標(biāo)參數(shù)、控 制參數(shù)以及測(cè)試時(shí)間。完成以上步驟以后，就可以啟動(dòng)測(cè)試程序，測(cè)試系統(tǒng)即按照用戶(hù)制定 的負(fù)載自動(dòng)加載同時(shí)完成對(duì)待測(cè)電機(jī)的性能測(cè)試；或是通過(guò)一定的控制算法保持定標(biāo)參數(shù) 的穩(wěn)定并對(duì)該狀態(tài)下的待測(cè)電機(jī)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試。系統(tǒng)運(yùn)行的同時(shí)，用戶(hù)可以在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖 表中觀察各指標(biāo)參量對(duì)時(shí)間的波形顯示，經(jīng)過(guò)曲線(xiàn)擬合后得到電動(dòng)機(jī)特性曲線(xiàn)，并可將感 興趣的圖表導(dǎo)出存盤(pán)。當(dāng)完成測(cè)試時(shí)間后，系統(tǒng)自動(dòng)終止測(cè)試。手動(dòng)工作模式下，系統(tǒng)工作原理與自動(dòng)工作模式下基本類(lèi)似，只是系統(tǒng)不進(jìn)行循 環(huán)測(cè)試，而是提供一種交互式的測(cè)試環(huán)境，完成指定的測(cè)試項(xiàng)目后，等待用戶(hù)的進(jìn)一步操 作，如恒扭矩的測(cè)試，只需給定一個(gè)固定的扭矩指令即可。上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述 實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替 代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.采用交流伺服電機(jī)作為可變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的模擬裝置，其特征在于設(shè)置有底座、3個(gè) 支撐座、被測(cè)電機(jī)、被測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元、負(fù)載電機(jī)、負(fù)載側(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元、傳感器以及連軸器 (1)、連軸器O)，其中，所述底座固定在地基上，3個(gè)支撐座安裝在底座上，并可在底座上前 后移動(dòng)以調(diào)整距離，被測(cè)電機(jī)、傳感器和負(fù)載電機(jī)分別安裝在一個(gè)支撐座上，被測(cè)電機(jī)的輸 出軸通過(guò)連軸器(1)和傳感器的其中一個(gè)輸入端機(jī)械連接，傳感器的另一輸入端和負(fù)載電 機(jī)通過(guò)連軸器( 機(jī)械連接；被測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元和被測(cè)電機(jī)通過(guò)電氣連接，同理，負(fù)載側(cè)伺 服驅(qū)動(dòng)單元和負(fù)載電機(jī)通過(guò)電氣連接；傳感器的輸出端與上位機(jī)電氣連接；上位機(jī)分別與 被測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元和負(fù)載側(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元電氣連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用交流伺服電機(jī)作為可變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的模擬裝置，其特征在 于所述上位機(jī)設(shè)置有用戶(hù)圖形顯示界面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用交流伺服電機(jī)作為可變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的模擬裝置，其特征在 于所述上位機(jī)設(shè)置有用以采集記錄傳感器上傳的測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集卡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的采用交流伺服電機(jī)作為可變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的模擬裝置，其特征在 于所述數(shù)據(jù)采集卡為嵌入式NI PCI 6602。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型提供一種采用交流伺服電機(jī)作為可變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的模擬裝置，設(shè)置有底座、3個(gè)支撐座、被測(cè)電機(jī)、被測(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元、負(fù)載電機(jī)、負(fù)載側(cè)伺服驅(qū)動(dòng)單元、傳感器以及連軸器(1)、連軸器(2)，本裝置可以模擬任意大小的扭矩負(fù)載，且模擬扭矩范圍寬、精度高、響應(yīng)快，和上位機(jī)組成閉環(huán)系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，具備自動(dòng)測(cè)試功能，實(shí)現(xiàn)了可連續(xù)加載測(cè)試。
文檔編號(hào)G01R31/34GK201828650SQ201020575410
公開(kāi)日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月25日
發(fā)明者曾慶明, 李爽, 李長(zhǎng)兵, 楊紅敏, 趙波 申請(qǐng)人:廣州數(shù)控設(shè)備有限公司