基于转矩控制模式下的电机制动测试系统及方法技术方案

本发明专利技术提出一种基于转矩控制模式下的电机制动测试系统及方法，解决了目前制动测试过程中速度模拟方式的不足，能够近似真实的还原车辆的运行力学关系，满足轨道车辆制动系统的测试功能需求。本发明专利技术的方案思路如下：基于列车在制动过程中的力学关系，通过控制电机的转矩，对测试系统输出连续的力学影响，制动效果完全由机械本身的特性产出近似真实的制动测试效果，能够满足在各种模式下的制动测试，实现列车在牵引、惰行、制动、防滑等状态下的制动状态模拟，并能够灵活的实现与电制动功能的匹配测试。

Motor Brake Testing System and Method Based on Torque Control Mode

【技术实现步骤摘要】
基于转矩控制模式下的电机制动测试系统及方法
本专利技术涉及一种电机制动测试系统及方法。
技术介绍
随着轨道交通领域的持续发展，轨道车辆之间的追踪间隔越来越短，车辆的制动距离就成为了一个影响车辆安全运行的重要的因素。在这种条件下，对车辆制动系统的测试就必须完成对制动控制系统在诸如常用制动、快速制动、紧急制动、防滑等功能的深入测试，实现各运行状态下的制动模拟测试，保证乘客、车辆与公共财产的安全。目前在对制动控制系统进行功能测试时，需要向被测制动系统提供速度信号，目前的主流方案是以直接向被测设备提供速度值为主，无论是以速度发生器直接提供还是以电机在速度模式下带动速度传感器提供的方式，速度信号产生的核心过程是通过力学关系计算出车辆的速度值后直接给定。然而在力学关系向速度输出转换的过程中，需要添加额外延时，这种速度信号的产生方式无法实现速度信号的连续输出。另外列车在实际运行过程中受到的外力是持续变化的，而在速度计算时必须采用恒加减速度，所以也要对算法进行简化处理，所以直接速度输出因为受到延时和算法简化的影响而在输出时出现速度变化台阶，造成大量的速度输出跳变点，这种速度模拟方式无法真实的估算制动过程中的速度变化，尤其是在出现车轮滑动的时候，对测试数据变化产生了干扰，影响了制动实验的测试效果。在这个过程中，受限于加速度和指令处理周期等限制，力学关系必须进行简化，否则运动控制器无法准确的用函数的方式进行输出控制。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于转矩控制模式下的电机制动测试系统及方法，解决了目前制动测试过程中速度模拟方式的不足，能够近似真实的还原车辆的运行力学关系，满足轨道车辆制动系统的测试功能需求。本专利技术的设计思路如下：基于列车在制动过程中的力学关系，通过控制电机的转矩，对测试系统输出连续的力学影响，制动效果完全由机械本身的特性产出近似真实的制动测试效果，能够满足在各种模式下的制动测试，实现列车在牵引、惰行、制动、防滑等状态下的制动状态模拟，并能够灵活的实现与电制动功能的匹配测试。本专利技术的技术方案如下：该电机制动测试系统包括PLC、运动控制器、驱动器、同步伺服电机、电控离合器、齿轮传动系和被测制动系统；所述同步伺服电机包括一台牵引电机和四台制动电机，通过所述齿轮传动系以及电控离合器配合传递各电机之间的转矩；齿轮传动系的结构参考被测车辆的基本阻力模型，以适配被测车辆属性；四台制动电机的电机输出轴端均安装有速度传感器，用于向被测制动系统提供速度信号，PLC所需的牵引电机和制动电机的速度信号由电机编码器获得；PLC用于根据测试要求和获得的速度信号反馈，向运动控制器输出相应的牵引或制动的转矩控制指令；运动控制器用于接收PLC的各种控制指令，控制相应的驱动器使牵引电机或制动电机实现各轴独立的转矩输出控制，驱动各电机按照测试流程分别产生相应的正向或反向转矩；通过调节各电机的输出转矩来实现对被测制动系统的制动测试过程。基于以上方案，本专利技术还进一步作了如下优化：所述离合器可仅配置于制动电机上。一台牵引电机和四台制动电机，相应由1个单轴驱动器和2个双轴驱动器进行驱动。PLC存储有多种测试基础模型，包括整车控制逻辑模型、车辆网络设备拓扑模型、基本阻力模型、附加阻力模型、牵引力输出模型、再生制动输出模型、车辆载荷模型和制动执行机构的制动力转换模型等。基于上述电机制动测试系统的测试方法，包括以下步骤：PLC获取车辆载荷重量，关联各种测试基础模型和测试流程形成整体测试模型，通过设定的目标速度值、牵引力或制动力输出曲线，计算当时的车辆力学关系；PLC根据计算得到的实时的车辆力学关系，向被测制动系统输出重量信号，并向运动控制器输出电机的转矩控制指令；运动控制器向需要输出转矩的驱动器输出相应电机的转矩指令，驱动器带动相应的制动电机输出转矩，继而带动齿轮传动系，再由速度传感器产生被测制动系统需要的速度信号；运动控制器接收各电机的电机编码器信号对各轴进行速度闭环控制；被测制动系统获取所述重量信号和速度信号，产生制动力输出；PLC检测被测制动系统的制动力输出，并反馈运动控制器，由运动控制器控制驱动器产生制动电机的反向转矩输出，进而影响齿轮传动系的运行效果。本专利技术相比现有技术，具有以下效果：1、以往速度模拟方式在速度信号生成时无法按照实际的力学关系产生真实的速度数据、只能按照既定的恒加减速度进行速度输出或者按照预计的转动和滑动效果对车轮速度进行近似滑动模拟，因为在力学关系向速度输出转换的过程中，需要添加额外延时，造成速度信号值的产生非连续的输出，另外一方面在转换过程中需要固定加减速度，只能对车辆力学关系进行算法简化，造成理论的速度和实际的速度之间存在较大的误差，无法实现车辆力学关系的连续变化，使测试系统无法实现近似真实的牵引力、制动力和阻力的状态，而对测试效果的准确性产生了干扰。本专利技术通过对伺服电机进行转矩控制模式下的运行，模拟轨道车辆制动过程中的工作状态，通过机械传动系带动真实的速度传感器实现测试系统的速度值生成，并实现轨道车辆的安全制动测试，提高对制动控制系统的测试需求的仿真能力，最终提高设备的检测保障能力。2、在控制器中构建车辆的各种基础模型，并引入牵引力曲线、电制动力曲线，生成近似真实的车辆运行力学关系方程，向方程带入实际的车辆力学状态后输出相应的转矩，由机械传动系产生相应的速度变化传递给速度传感器，再由电机编码器读回速度反馈值继续影响车辆的运动方程，产生闭环控制，机械传动系的使用能够使整个系统更接近真实的反应测试效果，满足被测制动系统的测试需求。附图说明图1为本专利技术的系统原理示意图。图2为本专利技术的转矩控制模式下电机制动测试流程示意图。图3为堕行状态下的齿轮传动系测试工作过程。图4为制动状态下的齿轮传动系测试工作过程。图5为牵引状态下的齿轮传动系测试工作过程。图6为防滑模式下的齿轮传动系测试工作过程。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做详细描述。如图1所示，本专利技术涉及的组件主要包括PLC、运动控制器、驱动器、同步伺服电机、离合器、齿轮传动系和速度传感器。PLC作为系统的主控，负责整个测试系统的整体控制，指令发出和状态监控。运动控制器内写入运动控制程序，接收PLC的控制并驱动电机驱动器。驱动器和电机配合使用，带动电机连接的速度传感器并驱动齿轮传动系。齿轮传动系和离合器配合使用，传递各电机之间的转矩，实现相应的速度输出。速度传感器采集电机的速度输出，并传递给被测制动系统的速度信号输入接口。电机编码器输出的速度信号接回到运动控制器，用于运动控制器对电机速度的闭环监控。整个电机制动控制采用闭环控制，实现转矩、转速的双重状态监控和输出。本专利技术用于在轨道车辆制动测试时向制动控制系统提供速度信号，通过运动控制器进行闭环控制，实现对被测制动系统状态的速度模拟，提高功能测试真实性。以下详述系统各个组件：1、PLCPLC作为整个系统的核心控制器，负责整个测试系统的整体控制，按照整车控制逻辑模型、车辆网络设备拓扑模型、基本阻力模型、附加阻力模型、牵引力输出模型、再生制动输出模型、车辆载荷模型和制动执行机构的制动力转换模型等要素，按照测试用例控制运动控制器输出相应的正向或反向转矩，满足被测制动系统的速度信号输入需求，并在此过程中监控电机转速，使整个传动系的合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于转矩控制模式下的电机制动测试系统，其特征在于：包括PLC、运动控制器、驱动器、同步伺服电机、电控离合器、齿轮传动系和被测制动系统；所述同步伺服电机包括一台牵引电机和四台制动电机，通过所述齿轮传动系以及电控离合器配合传递各电机之间的转矩；齿轮传动系的结构设计参考被测车辆的基本阻力模型，以适配被测车辆属性；四台制动电机的电机输出轴端均安装有速度传感器，用于向被测制动系统提供速度信号，PLC所需的牵引电机和制动电机的速度信号由伺服电机安装的编码器获得；PLC用于根据测试要求和获得的速度信号反馈，向运动控制器输出相应的牵引或制动的转矩控制指令；运动控制器用于接收PLC的各种控制指令，控制相应的驱动器使牵引电机或制动电机实现各轴独立的转矩输出控制，驱动各电机按照测试流程分别产生相应的正向或反向转矩；通过调节各电机的输出转矩来实现对被测制动系统的制动测试过程。

【技术特征摘要】
1.基于转矩控制模式下的电机制动测试系统，其特征在于：包括PLC、运动控制器、驱动器、同步伺服电机、电控离合器、齿轮传动系和被测制动系统；所述同步伺服电机包括一台牵引电机和四台制动电机，通过所述齿轮传动系以及电控离合器配合传递各电机之间的转矩；齿轮传动系的结构设计参考被测车辆的基本阻力模型，以适配被测车辆属性；四台制动电机的电机输出轴端均安装有速度传感器，用于向被测制动系统提供速度信号，PLC所需的牵引电机和制动电机的速度信号由伺服电机安装的编码器获得；PLC用于根据测试要求和获得的速度信号反馈，向运动控制器输出相应的牵引或制动的转矩控制指令；运动控制器用于接收PLC的各种控制指令，控制相应的驱动器使牵引电机或制动电机实现各轴独立的转矩输出控制，驱动各电机按照测试流程分别产生相应的正向或反向转矩；通过调节各电机的输出转矩来实现对被测制动系统的制动测试过程。2.根据权利要求1基于转矩控制模式下的电机制动测试系统，其特征在于：所述离合器仅配置于制动电机上。3.根据权利要求1基于转矩控制模式下的电机制动测试系统，其特征在于：一台牵引电机和四台制动电机，相应由一个单轴驱动器和两个双轴驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：张盟，陈伟，张欢，王建辉，朱斌锋，
申请(专利权)人：西安翔迅科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61