[發明專利]用于被動式電動加載系統的力矩校準裝置

無效

• 申請號: 201110311030.0
• 申請日: 2011-10-13
• 公開（公告）號: CN102507060A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 王德成;林輝;齊蓉
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 顧潮琪

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1s，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。

附圖說明

圖1為力矩校準結構框圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。