一种系统角加速度实现惯量模拟的信号处理及实时控制器技术方案

本实用新型专利技术属于惯性制动器试验台的驱动控制系统，公开了一种系统角加速度实现惯量模拟的信号处理及实时控制器。包括交直流电机(1)、连轴节(2)、编码器(3)和驱动器(6)，其特征在于：还包括了信号处理器(4)和实时控制器(5)；本实用新型专利技术通过直接控制主轴的角加速度，整个控制参量中就不用再多考虑转速控制法或转矩控制法中的系统综合阻力和电机力矩误差，根据PID控制器的动态调整去实现整个误差的修正，相对于其它的控制方法控制点更加实际化、直观化。

【技术实现步骤摘要】
一种系统角加速度实现惯量模拟的信号处理及实时控制器
本技术属于惯性制动器试验台的驱动控制系统，涉及一种系统角加速度实现惯量模拟的信号处理器及实时控制器。
技术介绍
为考核道路、轨道交通车辆气动制动器性能，需要在对其进行性能试验的惯性式试验台架上进行制动性能试验，但传统的制动器试验台采用纯惯量飞轮模拟车辆惯量，具有试验台体积大、惯量大小调整困难、自动化程度和模拟精度不高等缺点。为了克服这些缺点，近几年兴起了一种新的惯量模拟方法——电模拟惯量法。通过在制动过程中按照一定的规律控制电动机的转速或电磁力矩来实现惯量模拟不成熟,目前已有的控制方法还存在着一些缺陷。转速控制法是最早出现的惯量电模拟方法，也曾备受国内外研究人员的关注，但其自身的固有缺点限制了它在实际中的应用。从转速控制法的控制原理中可以看出，控制过程要求实际转速对计算转速有比较高的跟随性，由于在制动过程中计算转速变化非常快，而转速的控制是由电机转矩的控制实现的。间接控制方法的响应速度会受到控制参数的限制，所以保证实际转速的跟随性成为转速控制法的技术难点。PID控制可以在制动扭矩一定的情况下保证转速控制精度，但是控制频率变化时，既定的PID参数会导致转速控制超调或滞后，这两种情况都会导致转速误差，而转速控制的误差会直接导致惯量模拟的误差。总之，电模拟惯量转速控制法要求调速系统具有快速的动态响应，这在已经确定比例积分参数的情况下难以实现，因而转速控制法在实际中鲜有使用。
技术实现思路
本技术的目的是：一种涉及系统角加速度实现惯量模拟的信号处理及实时控制器，把传感器信号经数字信号处理后采集并控制，利用实时控制动态实现惯量模拟。因此基于CPLD的信号处理器及实时控制器，加入实时信号采集及PID控制器，提出了一种以控制角加速度实现电模拟惯量。本技术的实施方案一种系统角加速度实现惯量模拟的信号处理及实时控制器，包括交直流电机1、连轴节2、编码器3和驱动器6，其特征在于：还包括了信号处理器4和实时控制器5；信号处理器4，利用CPLD数字电路对A、B两路信号进行Pluse低通数字滤波，Pluse滤波器是针对脉冲信号的脉冲宽度滤波器，对脉冲信号的高电平和低电平均做宽度过滤，其能够有效消除脉冲信号的干扰；实时控制器5，利用cPCI板卡及实时控制系统组成，其有信号采集及处理、PID控制算法、逻辑控制、驱动控制等功能，实现以控制角加速度实现电模拟惯量；系统中交直流电机1通过连轴节2连接编码器3，编码器信号输出后通过信号处理器4进行处理后进入实时控制器5进行采集及换算，经过PID控制后输出驱动控制到驱动器6，以实现惯量模拟。所述实时控制器5现有内部控制核心为1kHz，其中PID控制器采用经典工业PID。所述信号处理器4也可采用状态机原理实现，状态机原理为：正转时，只有当AB同时跳变，且按照00-10-11-01顺序变化时才产生一个脉冲信号，一个周期T内，产生4次规律脉冲信号，鉴相电平始终为1，反转时，只有当AB同时跳变，且按照00-01-11-10顺序变化时才产生一个脉冲信号，一个周期T内，产生4次规律脉冲信号；反转时，鉴相电平始终为0。所述一个周期T内，产生4次规律脉冲信号为实现编码器信号四倍频。本技术的优点(1)系统直接控制主轴的角加速度。相对于其它的控制方法控制点更加实际化、直观化。(2)直接控制角加速度后，整个控制参量中就不用再多考虑转速控制法或转矩控制法中的系统综合阻力和电机力矩误差，根据PID控制器的动态调整去实现整个误差的修正。(3)控制法中不仅仅只是对电模拟惯量技术的体现，更是对现有机械惯量误差的修正。本新型对于系统的简单化、直接化是对现有系统实现电惯量的直接办法。附图说明图1是本技术的结构示意图。具体实施方式图图1所示，信号处理器4，利用CPLD数字电路对A、B两路信号进行Pluse低通数字滤波。Pluse滤波器是针对脉冲信号的脉冲宽度滤波器，对脉冲信号的高电平和低电平均做宽度过滤，其能够有效消除脉冲信号的干扰；为了提高精度，消除干扰和抖动，信号处理器4也可采用状态机原理实现，状态机原理为：正转时，只有当AB同时跳变，且按照00-10-11-01顺序变化时才产生一个脉冲信号，一个周期T内，产生4次规律脉冲信号，即实现编码器信号四倍频；正转时，鉴相电平始终为1。反转时，只有当AB同时跳变，且按照00-01-11-10顺序变化时才产生一个脉冲信号，一个周期T内，产生4次规律脉冲信号，即实现编码器信号四倍频；反转时，鉴相电平始终为0。状态机原理有效的消除了编码器自身的抖动问题；实时控制器5，利用cPCI板卡及实时控制系统组成，其有信号采集及处理、PID控制算法、逻辑控制、驱动控制等功能，其中利用工业测控主板为基础，挂载从cPCI采集板卡，重新规划底层驱动，达到实时测控，为实现以控制角加速度实现电模拟惯量；所述实时控制器5现有内部控制核心为1kHz，其中PID控制器采用经典工业PID，其可进一步采用自适应PID控制器，进一步提高其控制精度。自适应PID控制具有自适应控制与普通PID调节器两方面的优点:首先，它是自适应控制器、就是说它有自动辨识被控过程参数、自动整定控制器参数、能够适应被控过程参数的变化等一系列优点；其次，它又具有常规PID调节器结构简单、工作稳定、鲁棒性较强、为现场工作人员和设计工程师们所熟悉的优点。自适应PID控制具有的这二大优势，使得它成为过程控制的一种较理想的控制装置。PID控制技术经过几十年来的研究和发展，近年来国内外学者越来越多地将智能控制技术引入PID控制器的设计与构成。根据附图，对本技术进行进一步说明：制动器性能检测时,将制动器安装在试验台上,电机驱动主轴旋转达到试验初始转速后,制动钳/蹄工作，通过制动钳/蹄与磨擦盘/鼓之间的摩擦力，使制动器产生制动力矩,迫使主轴停止转动。其中试验惯量由固定机械飞轮所产生的机械惯量和计算机控制电机产生的电惯量组成，即利用固定机械飞轮模拟部分惯性能，利用计算机控制电机模拟其余部分惯性能。该新型通过确保轴系实测角加速度实时追踪目标角加速度值相等，即可确保这个试验台架的角加速度保持一致，因而总惯量可以保持稳定在预期精度范围内。实测的角加速度是通过飞轮盘角速度编码器经过信号处理器4处理后输入到实时控制器5，实时测得角速度并对其进行一次微分得到。对实测角加速度与目标角加速度进行比较，将实测角加速度信号作为对目标角加速度进行反馈，用其偏差来纠正系统的响应，因此在该控制方式中引入PID控制器，角加速度的偏差值作为PID控制器的输入信号，作为PID控制器的输出和电流环的输入，进而控制电机的输出转矩至驱动器6，驱动交直流电机1。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统角加速度实现惯量模拟的信号处理及实时控制器，包括交直流电机(1)、连轴节(2)、编码器(3)和驱动器(6)，其特征在于：还包括了信号处理器(4)和实时控制器(5)；信号处理器(4)，利用CPLD数字电路对A、B两路信号进行Pluse低通数字滤波，Pluse滤波器是针对脉冲信号的脉冲宽度滤波器，对脉冲信号的高电平和低电平均做宽度过滤，其能够有效消除脉冲信号的干扰；实时控制器(5)，利用cPCI板卡及实时控制系统组成，其有信号采集及处理功能，实现以控制角加速度实现电模拟惯量；系统中交直流电机(1)通过连轴节(2)连接编码器(3)，编码器信号输出后通过信号处理器(4)进行处理后进入实时控制器(5)进行采集及换算，经过PID控制后输出驱动控制到驱动器(6)，以实现惯量模拟。

【技术特征摘要】
1.一种系统角加速度实现惯量模拟的信号处理及实时控制器，包括交直流电机(1)、连轴节(2)、编码器(3)和驱动器(6)，其特征在于：还包括了信号处理器(4)和实时控制器(5)；信号处理器(4)，利用CPLD数字电路对A、B两路信号进行Pluse低通数字滤波，Pluse滤波器是针对脉冲信号的脉冲宽度滤波器，对脉冲信号的高电平和低电平均做宽度过滤，其能够有效消除脉冲信号的干扰；实时控制器(5)，利用cPCI板卡及实时控制系统组成，其有信号采集及处理功能，实现以控制角加速度实现电模拟惯量；系统中交直流电机(1)通过连轴节(2)连接编码器(3)，编码器信号输出后通过信号处理器(4)进行处理后进入实时控制器(5)进行采集及换算，经过PID控制后输出驱动控制到驱动器(6)，以实现惯量模拟。2.如权利要求1所述的系...

【专利技术属性】
技术研发人员：段青龙，
申请(专利权)人：西安益翔航电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61