一种步进电机力矩加载装置及加载方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种步进电机力矩加载装置及加载方法，包括磁粉制动器和电气控制部分，还包括转矩转速传感器、角度编码器、辅助电机、试验台，磁粉制动器通过刚性联轴器一与转矩转速传感器的一端连接，转矩转速传感器的另一端固定有刚性联轴器二；角度编码器固定在被测步进电机的延长轴上，磁粉制动器和转矩转速传感器固定在滑动板上，滑动板能够在滑轨16上移动，角度编码器、被测步进电机和辅助电机安装在位于试验台上的回转工作台上，回转工作台旋转能够使得刚性联轴器二与被测步进电机的延长轴连接或者与辅助电机的输出轴连接。本发明专利技术解决了目前力矩加载装置的加载精度低的技术问题。本发明专利技术的磁粉制动器的输出精度大大提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于力矩加载
，涉及一种高精度的针对低速运行步进电机的力矩加载装置。
技术介绍
步进电机因其具有响应速度灵敏、调速范围宽、无累计误差等优点，已广泛的应用到了航天领域以及其他要求高精度定位、自动记录、自动瞄准等
所有航天领域应用的步进电机在投入使用之前需要对产品进行测试，来保证步进电机的性能可以达到指标，这对于飞行器的控制精度及准确性十分重要，是保证航天产品的精度和性能的基础，目前主要采用力矩加载装置对步进电机进行地面的实验仿真。现有的步进电机的力矩加载装置多采用磁粉制动器作为加载单元，因为磁粉制动器加载具有实时可控性好、简单易行、可以连续加载、远距离加载以及大小功率均可适应等优点，使它在实际生产和试验中得到了广泛的应用。然而由于磁粉制动器具有磁滞非线性特性，使得其加载精度与动态响应存在很大的误差，根据调研和测试，目前采用磁粉制动器的力矩加载装置输出允差在2％左右，使其模拟的力矩环境与实际有较大差距；其次，目前的力矩加载装置只能测量步进电机的转速，对于旋转不足1r/min的步进电机无法测量旋转角度，例如，某型号火箭发动机步进电动机设计转速在1.3r/min，实际旋转角度小于300°，目前的力矩加载装置无法测量到该电机的旋转角度，并且由于步进电机旋转角度小、转速低，磁粉制动器中的磁粉链尚未形成，导致实际加载精度允差远远大于5％。因此，现有的力矩加载装置无法
准确模拟低转速步进电机的实际工况，也就不能测试出步进电机的实际性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高精度的步进电机力矩加载装置及加载方法，解决了目前步进电机力矩加载装置无法测量低转速步进电机转动角度和加载精度低的技术问题。本专利技术所采用的技术方案是：一种步进电机力矩加载装置，包括磁粉制动器和电气控制部分，其特殊之处在于：还包括转矩转速传感器5、角度编码器8、辅助电机12、试验台17，所述磁粉制动器3通过刚性联轴器一4与转矩转速传感器5的一端连接，转矩转速传感器5的另一端固定有刚性联轴器二6；所述角度编码器8固定在被测步进电机的延长轴9上，所述磁粉制动器3和转矩转速传感器5固定在滑动板18上，滑动板18能够在设置在试验台17上的滑轨16上移动，角度编码器8、被测步进电机11和辅助电机12安装在位于试验台17上的回转工作台13上，回转工作台13旋转能够使得刚性联轴器二6与被测步进电机的延长轴9连接或者与辅助电机12的输出轴连接。进一步，有以下改进：上述电气控制部分包括电气控制柜15以及设置在电气控制柜15内的工控机29、程控电源30、角度数显表31、电参数采集仪32和电机控制器33，所述工控机29通过485通讯线控制程控电源30输出控制电流用以改变磁粉制动器3的输出力矩，工控机29并通过485通讯线控制电机控制器33，工控机29利用485通讯线回采角度数显表31与电参数采集仪32的采集数据，
所述试验台17固定在电气控制柜15的上方。回转工作台13包括转动基座、回转平板、定心轴19以及锁紧部件，所述转动基座固定在实验台17上，被测步进电机11和辅助电机12均固定在回转平板上，定心轴的一端固定在试验台17上，定心轴19的另一端穿过转动基座与回转平板连接，回转平板绕定心轴旋转，所述锁紧部件设置在回转平板上用于到位锁紧。上述转动基座包括转动底盘22，所述转动底盘固定在试验台17上，所述回转平板包括平板底盘25、设置平板底盘25上的辅助电机安装槽27和被测电机安装槽28，所述辅助电机固定在辅助电机安装槽27内，被测步进电机固定在被测电机安装槽28内，平板底盘25与定心轴连接；所述锁紧部件包括设置在转动底盘上的T型安装槽20、设置在平板底盘25上的T型转动槽23和锁紧手柄24，所述锁紧手柄24的一端安装在T型安装槽20内，所述锁紧手柄24另一端在平板底盘25上的T型转动槽23内自由旋转。锁紧部件还包括设置在平板底盘25上的锥销孔26。上述转动底盘22设置有固定螺孔，所述转动底盘22通过固定螺母与试验台17连接。还包括显示组件，所述显示组件包括显示器架和显示器，所述显示器架14固定在电气控制柜侧边，所述显示器固定在显示器架14上。还包括滑动板驱动机构，所述滑动板驱动机构包括旋转手柄2以及丝杠2，所述旋转手柄1驱动丝杠2带动滑动板18在滑轨16上移动。步进电机力矩加载方法，包括以下步骤：1)根据步进电机的输出精度，计算并设置误差阈值；2)对磁粉制动器3的磁粉进行稳定化、均匀化处理：旋转回转工作台13，使得刚性联轴器二6与辅助电机12的输出轴连接；利用辅助电机12完成对磁粉制动器3的磁粉稳定化、均匀化处理，在磁粉链形成后，脱开辅助电机12；3)旋转回转工作台13，使得刚性联轴器二6与被测步进电机11连接；4)判断磁粉制动器3是否进行过输出力矩-电流关系的标定，若进行过标定，则执行步骤4)；如未进行过标定，则进行磁粉制动器3的输出力矩与控制电流关系的标定，得到输出力矩T与控制电流I的拟合公式：I＝αT3+βT2+γT+ε，其中；α、β、γ、ε均为已知值；5)计算理论控制电流：输入期望磁粉制动器的期望输出力矩，工控机29根据获得的拟合公式计算出应输出的理论控制电流；6)闭环调节：工控机29控制程控电源30输出理论控制电流，通过转矩转速传感器5采集磁粉制动器3的实际输出力矩值，判断实际输出力矩与期望输出力矩的差值是否小于误差阈值；若差值小于误差阈值，则认为实际输出力矩合理，测试继续；若差值大于误差阈值，则根据差值计算修正电流，根据修正电流对控制电流进行调整，直至实际输出力矩合理。对磁粉制动器3的进行输出力矩与控制电流关系标定的具体方法为：程控电源30从0A开始，以固定步长测得一系列控制电流与对应输出力矩的测量数据，采用三阶多项式对测量得到的数据进行拟合，得到电流I与
力矩T的拟合公式：I＝αT3+βT2+γT+ε，其中；α、β、γ、ε均为已知值。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的回转工作台在加载前利用辅助电机完成对磁粉制动器的磁粉稳定性处理，形成磁粉链，在对低速步进电机进行力矩加载时，磁粉制动器的输出精度大大提高。2、本专利技术采用角度编码器对步进电机的旋转角度进行测量，解决了目前通用的力矩加载装置无法测量角度的问题。3、通过实验得到步进电机力矩加载装置的电流与输出力矩的拟合方程，利用标定的拟合方程实现对步进电机力矩加载装置的闭环控制，使得步进电机力矩加载装置的力矩加载精度5％提高到0.5％附图说明图1是本专利技术步进电机力矩加载装置的结构图；图2是图1的左视图；图3是本专利技术转动基座结构示意图；图4是本专利技术回转平板的机构示意图；图5是本专利技术电气控制部分示意图；图6是本专利技术加载方法流程图其中附图标记为：1-旋转手柄，2-丝杠，3-磁粉制动器，4-刚性联轴器一，5-转矩转速传感器，6-刚性联轴器二，7-传动轴，8-角度编码器，9-电机延长轴，10-编码器安装支架，11-被测步进电机，12-辅助电机，13-回转工作台，14-显示器架，15-电气控制柜，16-滑轨，17-试验台，18-滑动板，19-定心轴，20-T型安装槽，21-固定螺母，22-转动底盘，23-T型转动槽24-锁
紧手柄，25-平板底盘，26-锥销本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种步进电机力矩加载装置，包括磁粉制动器和电气控制部分，其特征在于：还包括转矩转速传感器(5)、角度编码器(8)、辅助电机(12)和试验台(17)，所述磁粉制动器(3)通过刚性联轴器一(4)与转矩转速传感器(5)的一端连接，转矩转速传感器(5)的另一端固定有刚性联轴器二(6)；所述角度编码器(8)固定在被测步进电机的延长轴(9)上，所述磁粉制动器(3)和转矩转速传感器(5)固定在滑动板(18)上，滑动板(18)能够在设置在试验台(17)上的滑轨(16)上移动，角度编码器(8)、被测步进电机(11)和辅助电机(12)安装在位于试验台(17)上的回转工作台(13)上，回转工作台(13)旋转能够使得刚性联轴器二(6)与被测步进电机的延长轴(9)连接或者与辅助电机(12)的输出轴连接。

【技术特征摘要】
1.一种步进电机力矩加载装置，包括磁粉制动器和电气控制部分，其特征在于：还包括转矩转速传感器(5)、角度编码器(8)、辅助电机(12)和试验台(17)，所述磁粉制动器(3)通过刚性联轴器一(4)与转矩转速传感器(5)的一端连接，转矩转速传感器(5)的另一端固定有刚性联轴器二(6)；所述角度编码器(8)固定在被测步进电机的延长轴(9)上，所述磁粉制动器(3)和转矩转速传感器(5)固定在滑动板(18)上，滑动板(18)能够在设置在试验台(17)上的滑轨(16)上移动，角度编码器(8)、被测步进电机(11)和辅助电机(12)安装在位于试验台(17)上的回转工作台(13)上，回转工作台(13)旋转能够使得刚性联轴器二(6)与被测步进电机的延长轴(9)连接或者与辅助电机(12)的输出轴连接。2.根据权利要求1所述的步进电机力矩加载装置，其特征在于：所述电气控制部分包括电气控制柜(15)以及设置在电气控制柜(15)内的工控机(29)、程控电源(30)、角度数显表(31)、电参数采集仪(32)和电机控制器(33)，所述工控机(29)通过485通讯线控制程控电源(30)输出控制电流用以改变磁粉制动器(3)的输出力矩，工控机(29)并通过485通讯线控制电机控制器(33)，工控机(29)利用485通讯线回采角度数显表(31)与电参数采集仪(32)的采集数据，所述试验台(17)固定在电气控制柜(15)的上方。3.根据权利要求1或2所述的步进电机力矩加载装置，其特征在于：回转工作台(13)包括转动基座、回转平板、定心轴(19)以及锁紧部件，所述转动基座固定在实验台(17)上，被测步进电机(11)和辅助电机(12)
\t均固定在回转平板上，定心轴的一端固定在试验台(17)上，定心轴(19)的另一端穿过转动基座与回转平板连接，回转平板绕定心轴旋转，所述锁紧部件设置在回转平板上用于到位锁紧。4.根据权利要求3所述的步进电机力矩加载装置，其特征在于：所述转动基座包括转动底盘(22)，所述转动底盘固定在试验台(17)上，所述回转平板包括平板底盘(25)、设置平板底盘(25)上的辅助电机安装槽(27)和被测电机安装槽(28)，所述辅助电机固定在辅助电机安装槽(27)内，被测步进电机固定在被测电机安装槽(28)内，平板底盘(25)与定心轴连接；所述锁紧部件包括设置在转动底盘上的T型安装槽(20)、设置在平板底盘(25)上的T型转动槽(23)和锁紧手柄(24)，所述锁紧手柄(24)的一端安装在T型安装槽(20)内，所述锁紧手柄(24)另一端在平板底盘(25)上的T型转...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵华，常莹，张周焕，杜栓才，
申请(专利权)人：西安航天计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61