一种动态加载电机控制系统及其应用方法技术方案

本发明专利技术公开了一种动态加载电机控制系统及其应用方法，动态加载电机控制系统包括控制指令产生单元、控制指令传输单元、控制指令执行单元以及控制对象加载电机，所述控制指令产生单元的输出端通过控制指令传输单元与控制指令执行单元的控制端相连，所述控制对象加载电机的供电端通过控制指令执行单元与电网相连，所述控制指令执行单元为变频器。应用方法包括产生特定及模拟风力机的实际负载动态加载。本发明专利技术实现简单、操作灵活、动态加载快、减少了测试设备，可实时在线调整加载信号，可模拟实现连续可变的特性负载加载，也能实现如正弦、锯齿、矩形的特定负载加载。

A Dynamic Loading Motor Control System and Its Application

【技术实现步骤摘要】
一种动态加载电机控制系统及其应用方法
本专利技术涉及驱动系统动态加载控制
，特别涉及一种动态加载电机控制系统及其应用方法。
技术介绍
航海、航空及航天
的核心设备是驱动器及其驱动系统，随着国防事业的发展对这些领域驱动器和驱动系统的性能和控制精度都有了更高的要求。飞行器的舵机、船舶的螺旋桨驱动系统等的研发与测试，都需要大量且长时间的实验测试，而采用实际运行工况的实验将会存在安全不够、经济成本高以及技术限制等问题。所以能够模拟相关领域设备驱动系统实际负载力矩的加载实验平台，成为了相关领域的研究热点。工业机器人、数控加工中心等自动化设备和研究实验中对驱动系统测试也要求匹配负载。但目前所采用的负载加载系统如电液装置加载、电磁加载等都还有一定的不足。如电液装置加载体积大、能耗高，电磁加载不能实现连续加载等。现有加载系统分两种，一种是系统的控制器采用如DSP、PLC等，系统复杂需要加入传感器如转矩传感器、转速传感器等，以及电压、电流等参数的测量设备。另一种采用上位机做控制器的加载系统，控制与显示都使用速度较慢modbus协议下发与上传数据，加载速度慢，无法满足要求加载过程实时快速的驱动系统的加载，也无法实时显示加载系统状态。此外，现有加载系统和负载模拟系统，加载侧或负载侧的能量一般采用电阻消耗，无法实现能源再利用，系统功能不够完善。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种动态加载电机控制系统及其应用方法，本专利技术能够实现驱动系统灵活可调的快速动态加载以及不同驱动系统负载特性的加载，实现简单、操作灵活、动态加载快、减少了测试设备，可实时在线调整加载信号，可实现加载电机额定范围内的任意值加载，可对驱动器负载特性模拟实现连续可变的特性负载加载，也能实现如正弦、锯齿、矩形的特定负载加载。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种动态加载电机控制系统，包括控制指令产生单元、控制指令传输单元、控制指令执行单元以及控制对象加载电机，所述控制指令产生单元的输出端通过控制指令传输单元与控制指令执行单元的控制端相连，所述控制对象加载电机的供电端通过控制指令执行单元与电网相连，所述控制指令执行单元为变频器。优选地，所述控制指令执行单元与电网之间还连接有能量回馈单元，所述控制对象加载电机依次通过控制指令执行单元、能量回馈单元与电网相连。本专利技术还提供一种前述动态加载电机控制系统的应用方法，包括通过控制指令产生单元实现正弦负载加载的步骤，详细步骤包括：通过控制指令产生单元设定第一频率f、上限值u、下限值d；根据第一频率f、上限值u、下限值d生成正弦负载加载指令并通过控制指令传输单元输出给控制指令执行单元，并通过所述控制指令执行单元生成正弦负载加载指令对应的电流并驱动控制对象加载电机为控制对象实现正弦负载加载。优选地，所述根据第一频率f、上限值u、下限值d生成正弦负载加载指令的步骤包括：首先根据式(1)所示函数表达式计算第一振幅A以及第一偏距B，然后根据频率f、第一振幅A以及第一偏距B生成函数表达式如式(2)所示的正弦负载加载指令；式(1)中，A表示第一振幅，B表示第一偏距，u为上限值，d为下限值；X＝Asin(2πft)+B(2)式(2)中，X表示正弦负载加载指令值，A为第一振幅，B为第一偏距，f为第一频率，t为实时时间。优选地，还包括通过控制指令产生单元实现锯齿负载加载的步骤，详细步骤包括：通过控制指令产生单元设定第二频率f1、上限值u、下限值d；根据第二频率f1、上限值u、下限值d生成锯齿负载加载指令并通过控制指令传输单元输出给控制指令执行单元，并通过所述控制指令执行单元生成锯齿负载加载指令对应的电流并驱动控制对象加载电机为控制对象实现锯齿负载加载。优选地，所述根据第二频率f1、上限值u、下限值d生成锯齿负载加载指令的步骤包括：首先根据式(3)所示函数表达式计算第二振幅A1以及第二偏距B1，然后根据第二振幅A1以及第二偏距B1生成函数表达式如式(4)所示的锯齿负载加载指令；式(3)中，A1表示第二振幅，B1表示第二偏距，u为上限值，d为下限值，f1为第二频率；X1＝A1·t+B1(4)式(4)中，X1表示锯齿负载加载指令值，A1表示第二振幅，B1表示第二偏距，t为实时时间。优选地，还包括通过控制指令产生单元实现矩形负载加载的步骤，详细步骤包括：通过控制指令产生单元设定第三频率f2、上限值u、下限值d、占空比值D；将占空比值D转换为占空比百分比D1，根据第三频率f2计算出对应的第三周期T2，将第三周期T2乘以占空比百分比D1得到上限值时间t3；将实时时刻t对第三周期T2进行模运算得到周期内时间t2，并实时将周期内时间t2和上限值时间t3进行对比，当周期内时间t2小于等于上限值时间t3时输出上限值加载指令、其他时间输出下限值加载指令，并将上限值加载指令或下限值加载指令通过控制指令传输单元输出给控制指令执行单元，并通过所述控制指令执行单元生成上限值加载指令或下限值加载指令对应的电流并驱动控制对象加载电机为控制对象实现矩形负载加载。本专利技术还提供一种前述动态加载电机控制系统的应用方法，包括通过控制指令产生单元实现风力机工作状态负载加载的步骤，详细步骤包括：A1、在控制指令产生单元中选定限功率运行加载或最大功率运行加载的加载模式；如限功率运行加载则在参数设置部分的限功率给定值输入处输入限功率给定值；A2、将控制指令执行单元的负载加载控制方式设置为闭环转速控制，且转向与风力机模拟驱动系统相反以实现加载；A3、启动动态加载电机控制系统，控制指令产生单元下发转速负载加载控制指令给控制指令执行单元，控制指令执行单元实现对控制对象加载电机的控制使其以风力机工作状态时的特性负载输出；A4、在限功率运行加载或最大功率运行加载的加载模式下，反复调节PID控制模块的PID参数，使PID控制模块的PID实时输出值通过式(8)所示函数表达式转换成转速负载加载控制指令nL，并将转速负载加载控制指令nL下发给控制指令执行单元实现对控制对象加载电机的控制动态加载电机控制系统能正确的实现工作状态的特性负载加载；所述PID控制模块将离线的输出最大功率PM或限功率Ps作为PID的功率设定输入值，功率实时值Pr为PID实时输出值；在限功率运行加载时，通过在线实时调节限功率给定值实现不同限功率值下的动态加载；在最大功率运行时，通过风力机模拟驱动系统参数实时调整加载控制；并在控制指令产生单元中通过Pr-nr实时功率-转速特性、Pr-t实时功率-时间特性的加载波形显示实时分析是否正确加载，其中Pr为控制对象加载电机的功率实时值，nr为控制对象加载电机的转速实时值；式(8)中，PC为PID实时输出值，Tr为控制对象加载电机的转矩实时值。本专利技术还提供一种前述动态加载电机控制系统的应用方法，包括通过控制指令产生单元实现风力机静/动态输出负载加载的步骤，详细步骤包括：B1、在控制指令产生单元中，将控制指令执行单元的负载加载控制方式设置为闭环转转矩控制，转向与风力机模拟驱动系统相反以实现加载；B2、启动动态加载电机控制系统，控制指令产生单元下发转矩负载加载控制指令给控制指令执行单元，控制指令执行单元控制实现对控制对象加载电机以风力机工作状态时的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动态加载电机控制系统，其特征在于，包括控制指令产生单元(1)、控制指令传输单元(2)、控制指令执行单元(3)以及控制对象加载电机(4)，所述控制指令产生单元(1)的输出端通过控制指令传输单元(2)与控制指令执行单元(3)的控制端相连，所述控制对象加载电机(4)的供电端通过控制指令执行单元(3)与电网相连，所述控制指令执行单元(3)为变频器。

【技术特征摘要】
1.一种动态加载电机控制系统，其特征在于，包括控制指令产生单元(1)、控制指令传输单元(2)、控制指令执行单元(3)以及控制对象加载电机(4)，所述控制指令产生单元(1)的输出端通过控制指令传输单元(2)与控制指令执行单元(3)的控制端相连，所述控制对象加载电机(4)的供电端通过控制指令执行单元(3)与电网相连，所述控制指令执行单元(3)为变频器。2.根据权利要求1所述的动态加载电机控制系统，其特征在于，所述控制指令执行单元(3)与电网之间还连接有能量回馈单元(5)，所述控制对象加载电机(4)依次通过控制指令执行单元(3)、能量回馈单元(5)与电网相连。3.一种权利要求1或2所述的动态加载电机控制系统的应用方法，其特征在于，包括通过控制指令产生单元(1)实现正弦负载加载的步骤，详细步骤包括：通过控制指令产生单元(1)设定第一频率f、上限值u、下限值d；根据第一频率f、上限值u、下限值d生成正弦负载加载指令并通过控制指令传输单元(2)输出给控制指令执行单元(3)，并通过所述控制指令执行单元(3)生成正弦负载加载指令对应的电流并驱动控制对象加载电机(4)为控制对象实现正弦负载加载。4.根据权利要求3所述的动态加载电机控制系统的应用方法，其特征在于，所述根据第一频率f、上限值u、下限值d生成正弦负载加载指令的步骤包括：首先根据式(1)所示函数表达式计算第一振幅A以及第一偏距B，然后根据频率f、第一振幅A以及第一偏距B生成函数表达式如式(2)所示的正弦负载加载指令；式(1)中，A表示第一振幅，B表示第一偏距，u为上限值，d为下限值；X＝Asin(2πft)+B(2)式(2)中，X表示正弦负载加载指令值，A为第一振幅，B为第一偏距，f为第一频率，t为实时时间。5.根据权利要求3所述的动态加载电机控制系统的应用方法，其特征在于，还包括通过控制指令产生单元(1)实现锯齿负载加载的步骤，详细步骤包括：通过控制指令产生单元(1)设定第二频率f1、上限值u、下限值d；根据第二频率f1、上限值u、下限值d生成锯齿负载加载指令并通过控制指令传输单元(2)输出给控制指令执行单元(3)，并通过所述控制指令执行单元(3)生成锯齿负载加载指令对应的电流并驱动控制对象加载电机(4)为控制对象实现锯齿负载加载。6.根据权利要求5所述的动态加载电机控制系统的应用方法，其特征在于，所述根据第二频率f1、上限值u、下限值d生成锯齿负载加载指令的步骤包括：首先根据式(3)所示函数表达式计算第二振幅A1以及第二偏距B1，然后根据第二振幅A1以及第二偏距B1生成函数表达式如式(4)所示的锯齿负载加载指令；式(3)中，A1表示第二振幅，B1表示第二偏距，u为上限值，d为下限值，f1为第二频率；X1＝A1·t+B1(4)式(4)中，X1表示锯齿负载加载指令值，A1表示第二振幅，B1表示第二偏距，t为实时时间。7.根据权利要求3所述的动态加载电机控制系统的应用方法，其特征在于，还包括通过控制指令产生单元(1)实现矩形负载加载的步骤，详细步骤包括：通过控制指令产生单元(1)设定第三频率f2、上限值u、下限值d、占空比值D；将占空比值D转换为占空比百分比D1，根据第三频率f2计算出对应的第三周期T2，将第三周期T2乘以占空比百分比D1得到上限值时间t3；将实时时刻t对第三周期T2进行模运算得到周期内时间t2，并实时将周期内时间t2和上限值时间t3进行对比，当周期内时间t2小于等于上限值时间t3时输...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄守道，黄凤琴，罗德荣，吴轩，谢金平，吴公平，龙卓，饶志蒙，陈婷，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43