一种直接设定型负载转矩和转动惯量模拟系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术提供了一种直接设定型负载转矩和转动惯量模拟系统及其控制方法，提供转矩传感器测量输入轴的驱动转矩并采集驱动转矩信号，通过台架控制器根据设定的负载转矩和转动惯量以及驱动转矩信号计算出负载电机目标转矩，向电机直接转矩控制器发送负载电机目标转矩命令，通过电机直接转矩控制器接收负载电机目标转矩命令并控制负载电机输出相应的扭矩。本发明专利技术以转矩作为控制目标，避免了加速度的计算误差对控制精度的影响；无需根据不同台架控制器来调整控制参数，使用简单，动态响应性能更好；能对台架控制器运行工况进行冗余监测，提高台架的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种直接设定型负载转矩和转动惯量模拟系统及其控制方法
本专利技术属于测试仪器领域，尤其涉及一种直接设定型负载转矩和转动惯量模拟系统及其控制方法。
技术介绍
在机械传动试验台中，惯性飞轮是一种常用的设备，如制动器试验台、汽车传动系统试验台等都需要惯性飞轮。不同的试验场合需要不同的转动惯量，但加工好的惯性飞轮的转动惯量已经固定，不可调节，为了满足不同转动惯量的需要，可以采用多个不同转动惯量的飞轮，即飞轮组，组合成所需的转动惯量。但是飞轮组价格昂贵，重量大，对动平衡要求高，给试验台的安装带来不便，且存在高速转动时的安全隐患。随着电机控制技术的发展，机械惯量电模拟的方法被提出，采用电机的驱动力矩和加载力矩来模拟飞轮惯性力矩。以制动器实验台为例，采用小飞轮代替原来的大飞轮，驱动电机在制动过程中继续提供驱动力矩，弥补小飞轮的惯量力矩与大飞轮的惯性力矩之间的差值。再如，在车辆传动试验台中，取消飞轮，负载电机模拟行驶阻力和整车惯量。目前，转动惯量电模拟的实现方法是列出传动系统的动力学方程，计算出目标加速度，通过对电机的双闭环控制来跟踪目标加速度，即实现与安装转动惯量时相同的加速度。但该方法存在几个问题：(1)由于加速度是转速的微分，对转速测量误差具有放大作用，而该方法以加速度作为控制目标，不利于提高控制精度，也增加了控制难度；(2)双闭环控制中的控制算法需要根据不同的传动台架来调整控制参数，使用不便；(3)由于采用闭环控制，动态响应、超调量、稳定时间等指标往往存在矛盾，只能采取折中处理，牺牲转动惯量电模拟的精度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种直接设定型负载转矩和转动惯量模拟系统，旨在解决现有技术中的模拟装置使用复杂、动态响应性能差，需采用双闭环控制以及调整控制参数，而且依赖于加速度的计算误差的问题。本专利技术的另一目的在于提供上述直接设定型负载转矩和转动惯量模拟系统的控制方法。本专利技术是这样实现的，一种直接设定型负载转矩和转动惯量模拟系统，包括模拟装置，所述模拟装置包括：输入轴，转矩传感器，飞轮，负载电机，根据设定的负载转矩和转动惯量、采集到的驱动转矩信号计算出负载电机目标转矩的台架控制器，根据接收到的转矩命令控制负载电机输出相应的扭矩的电机直接转矩控制器；其中，所述输入轴上依次设有转矩传感器、飞轮、负载电机；所述转矩传感器、台架控制器、电机直接转矩控制器以及负载电机依次信号线连接；所述电机直接转矩控制器与负载电机之间电气连接。优选地，所述直接设定型负载转矩和转动惯量模拟系统还包括冗余监测系统，所述冗余监测系统在所述模拟系统原有装置的基础上还包括转速传感器，所述转速传感器设于输入轴上，且所述转速传感器与台架控制器信号连接。优选地，所述直接设定型负载转矩和转动惯量模拟系统还包括精度校准系统，所述精度校准系统在包括冗余监测系统中除飞轮、台架控制器外的其他装置的基础上还包括：驱动电机，驱动电机控制器，给驱动电机控制器发送转速命令、给电机直接转矩控制器发送转矩命令、读取转速传感器和转矩传感器信号的上位机；其中，所述转速传感器、转矩传感器、驱动电机控制器、电机直接转矩控制器均与上位机信号连接，驱动电机控制器与驱动电机之间包括信号连接和电气连接，电机直接转矩控制器与负载电机之间包括信号连接和电气连接。本专利技术进一步提供了上述直接设定型负载转矩和转动惯量模拟系统的控制方法，包括以下步骤：S1、测量输入轴的驱动转矩并采集驱动转矩信号；S2、通过台架控制器根据设定的负载转矩和转动惯量以及驱动转矩信号计算出负载电机目标转矩，向电机直接转矩控制器发送负载电机目标转矩命令；S3、通过电机直接转矩控制器接收负载电机目标转矩命令并控制负载电机输出相应的扭矩。优选地，在步骤S3之前还包括：S30、给电机直接转矩控制器提供准确的电机模型参数，或者通过电机传动试验台对电机直接转矩控制器的转矩控制精度进行校准。优选地，在步骤S30中，所述通过电机传动试验台对电机直接转矩控制器的转矩控制精度进行校准包括以下具体过程：(1)上位机将驱动电机控制器设置为转速控制模式，设置驱动电机的工作转速，即台架的工作转速；(2)上位机通过电机直接转矩控制器设置负载电机的输出扭矩，并等待运行稳定；(3)读取传感器测量的实际转速和转矩；(4)比较设定转矩和实际转矩的误差，得到电机直接转矩控制器的修正系数；(5)重复设置不同的转速和转矩，得到修正系数表；(6)将修正系数表输入电机直接转矩控制器的转矩控制参数，补偿原控制误差。优选地，在步骤S3之后还包括：S4、通过转速传感器对模拟装置的运行状态进行冗余监测。优选地，所述步骤S4包括以下具体过程：(1)读取转速传感器的转速，计算实际加速度以及理论加速度；(2)将实际加速度与理论加速度之间差值与误差允许值比较，如果超出允许误差，且持续时间超过允许时间，做误差报警处理，在允许误差内则继续运行。优选地，在步骤S2中，所述负载电机目标转矩的计算公式为：式中，Tm为负载电机目标转矩，Tr为负载转矩，Td为驱动转矩，Js为飞轮转动惯量，Jm为负载电机转动惯量，Jr为负载转动惯量。相比于现有技术的缺点和不足，本专利技术具有以下有益效果：(1)常规方法以加速度作为控制目标，而计算加速度对转速测量误差比较敏感，本专利技术以转矩作为控制目标，避免了加速度的计算误差对控制精度的影响；(2)常规方法采用双闭环控制，其中的转速控制算法需要根据不同的传动台架来调整控制参数，使用不便，而本专利技术采用直接转矩控制方式，台架控制器采用开环控制，直接将目标转矩命令发送给电机直接转矩控制器，无需根据不同台架控制器来调整控制参数，使用简单，动态响应性能更好；(3)本专利技术的控制流程中只采集驱动转矩传感器信号，转速信号不是必须的信号，如果台架控制器上有转速传感器，可用来计算加速度，并与理论加速度进行比较，对台架控制器运行工况进行冗余监测，提高台架的可靠性。附图说明图1是本专利技术直接设定型负载转矩和转动惯量模拟系统中模拟系统的工作状态示意图；图2是本专利技术直接设定型负载转矩和转动惯量模拟系统的简化工作流程示意图；图3是本专利技术直接设定型负载转矩和转动惯量模拟系统中冗余监测系统的工作状态示意图；图4是本专利技术直接设定型负载转矩和转动惯量模拟系统中精度校准系统的工作状态示意图；图5是本专利技术直接设定型负载转矩和转动惯量模拟系统的控制方法的步骤流程图；图6是实际工况的受力简图；图7是模拟工况的受力简图；图8是台架控制器工作流程图；图9是冗余监测的步骤流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。一种直接设定型负载转矩和转动惯量模拟系统，如图1所示，包括模拟装置，所述模拟装置包括输入轴，转矩传感器，飞轮，负载电机，根据设定的负载转矩和转动惯量、采集到的驱动转矩信号计算出负载电机目标转矩的台架控制器，根据接收到的负载电机目标转矩命令控制负载电机输出相应的扭矩的电机直接转矩控制器；其中，所述输入轴上依次设有转矩传感器、飞轮、负载电机；所述转矩传感器、台架控制器、电机直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直接设定型负载转矩和转动惯量模拟系统，其特征在于，包括模拟装置，所述模拟装置包括：输入轴，转矩传感器，飞轮，负载电机，根据设定的负载转矩和转动惯量、采集到的驱动转矩信号计算出负载电机目标转矩的台架控制器，根据接收到的转矩命令控制负载电机输出相应的扭矩的电机直接转矩控制器；其中，所述输入轴上依次设有转矩传感器、飞轮、负载电机；所述转矩传感器、台架控制器、电机直接转矩控制器以及负载电机依次信号线连接；所述电机直接转矩控制器与负载电机之间电气连接。

【技术特征摘要】
1.一种直接设定型负载转矩和转动惯量模拟系统，其特征在于，包括模拟装置，所述模拟装置包括：输入轴，转矩传感器，飞轮，负载电机，根据设定的负载转矩和转动惯量、采集到的驱动转矩信号计算出负载电机目标转矩的台架控制器，根据接收到的转矩命令控制负载电机输出相应的扭矩的电机直接转矩控制器；其中，所述输入轴上依次设有转矩传感器、飞轮、负载电机；所述转矩传感器、台架控制器、电机直接转矩控制器以及负载电机依次信号线连接；所述电机直接转矩控制器与负载电机之间电气连接。2.如权利要求1所述的直接设定型负载转矩和转动惯量模拟系统，其特征在于，所述直接设定型负载转矩和转动惯量模拟系统还包括冗余监测系统，所述冗余监测系统在所述模拟系统原有装置的基础上还包括转速传感器，所述转速传感器设于输入轴上，且所述转速传感器与台架控制器信号连接。3.如权利要求2所述的直接设定型负载转矩和转动惯量模拟系统，其特征在于，所述直接设定型负载转矩和转动惯量模拟系统还包括精度校准系统，所述精度校准系统在包括冗余监测系统中除飞轮、台架控制器外的其他装置的基础上还包括：驱动电机，驱动电机控制器，给驱动电机控制器发送转速命令、给电机直接转矩控制器发送转矩命令、读取转速传感器和转矩传感器信号的上位机；其中，所述转速传感器、转矩传感器、驱动电机控制器、电机直接转矩控制器均与上位机信号连接，驱动电机控制器与驱动电机之间包括信号连接和电气连接，电机直接转矩控制器与负载电机之间包括信号连接和电气连接。4.权利要求3所述的直接设定型负载转矩和转动惯量模拟系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、测量输入轴的驱动转矩并采集驱动转矩信号；S2、通过台架控制器根据设定的负载转矩和转动惯量以及驱动转矩信号计算出负载电机目标转矩，向电机直接转矩控制器发送负载电机目标转矩命令；S3、通过电机直接转矩控制器接收负载电机目标转矩命令并控制负载电机输出相应...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝允志，林毓培，周黔，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85