一種步進(jìn)電機(jī)力矩加載裝置及加載方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種步進(jìn)電機(jī)力矩加載裝置及加載方法，包括磁粉制動(dòng)器和電氣控制部分，還包括轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、角度編碼器、輔助電機(jī)、試驗(yàn)臺(tái)，磁粉制動(dòng)器通過(guò)剛性聯(lián)軸器一與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的一端連接，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器的另一端固定有剛性聯(lián)軸器二；角度編碼器固定在被測(cè)步進(jìn)電機(jī)的延長(zhǎng)軸上，磁粉制動(dòng)器和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器固定在滑動(dòng)板上，滑動(dòng)板能夠在滑軌16上移動(dòng)，角度編碼器、被測(cè)步進(jìn)電機(jī)和輔助電機(jī)安裝在位于試驗(yàn)臺(tái)上的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)能夠使得剛性聯(lián)軸器二與被測(cè)步進(jìn)電機(jī)的延長(zhǎng)軸連接或者與輔助電機(jī)的輸出軸連接。本發(fā)明解決了目前力矩加載裝置的加載精度低的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的磁粉制動(dòng)器的輸出精度大大提高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種步進(jìn)電機(jī)力矩加載裝置及加載方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于力矩加載技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高精度的針對(duì)低速運(yùn)行步進(jìn)電機(jī)的力矩加載裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]步進(jìn)電機(jī)因其具有響應(yīng)速度靈敏、調(diào)速范圍寬、無(wú)累計(jì)誤差等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛的應(yīng)用到了航天領(lǐng)域以及其他要求高精度定位、自動(dòng)記錄、自動(dòng)瞄準(zhǔn)等技術(shù)領(lǐng)域。所有航天領(lǐng)域應(yīng)用的步進(jìn)電機(jī)在投入使用之前需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試，來(lái)保證步進(jìn)電機(jī)的性能可以達(dá)到指標(biāo)，這對(duì)于飛行器的控制精度及準(zhǔn)確性十分重要，是保證航天產(chǎn)品的精度和性能的基礎(chǔ)，目前主要采用力矩加載裝置對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行地面的實(shí)驗(yàn)仿真。
[0003]現(xiàn)有的步進(jìn)電機(jī)的力矩加載裝置多采用磁粉制動(dòng)器作為加載單元，因?yàn)榇欧壑苿?dòng)器加載具有實(shí)時(shí)可控性好、簡(jiǎn)單易行、可以連續(xù)加載、遠(yuǎn)距離加載以及大小功率均可適應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，使它在實(shí)際生產(chǎn)和試驗(yàn)中得到了廣泛的應(yīng)用。然而由于磁粉制動(dòng)器具有磁滯非線性特性，使得其加載精度與動(dòng)態(tài)響應(yīng)存在很大的誤差，根據(jù)調(diào)研和測(cè)試，目前采用磁粉制動(dòng)器的力矩加載裝置輸出允差在2%左右，使其模擬的力矩環(huán)境與實(shí)際有較大差距;其次，目前的力矩加載裝置只能測(cè)量步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，對(duì)于旋轉(zhuǎn)不足lr/min的步進(jìn)電機(jī)無(wú)法測(cè)量旋轉(zhuǎn)角度，例如，某型號(hào)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速在1.3r/min，實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度小于300°，目前的力矩加載裝置無(wú)法測(cè)量到該電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，并且由于步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度小、轉(zhuǎn)速低，磁粉制動(dòng)器中的磁粉鏈尚未形成，導(dǎo)致實(shí)際加載精度允差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于5%。因此，現(xiàn)有的力矩加載裝置無(wú)法準(zhǔn)確模擬低轉(zhuǎn)速步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際工況，也就不能測(cè)試出步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際性會(huì)K。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種高精度的步進(jìn)電機(jī)力矩加載裝置及加載方法，解決了目前步進(jìn)電機(jī)力矩加載裝置無(wú)法測(cè)量低轉(zhuǎn)速步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度和加載精度低的技術(shù)問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0006]—種步進(jìn)電機(jī)力矩加載裝置，包括磁粉制動(dòng)器和電氣控制部分，其特殊之處在于:還包括轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器5、角度編碼器8、輔助電機(jī)12、試驗(yàn)臺(tái)17，所述磁粉制動(dòng)器3通過(guò)剛性聯(lián)軸器一 4與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器5的一端連接，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器5的另一端固定有剛性聯(lián)軸器二6;
[0007]所述角度編碼器8固定在被測(cè)步進(jìn)電機(jī)的延長(zhǎng)軸9上，所述磁粉制動(dòng)器3和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器5固定在滑動(dòng)板18上，滑動(dòng)板18能夠在設(shè)置在試驗(yàn)臺(tái)17上的滑軌16上移動(dòng)，角度編碼器8、被測(cè)步進(jìn)電機(jī)11和輔助電機(jī)12安裝在位于試驗(yàn)臺(tái)17上的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)13上，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)13旋轉(zhuǎn)能夠使得剛性聯(lián)軸器二 6與被測(cè)步進(jìn)電機(jī)的延長(zhǎng)軸9連接或者與輔助電機(jī)12的輸出軸連接。
[0008]進(jìn)一步，有以下改進(jìn):[0009 ]上述電氣控制部分包括電氣控制柜15以及設(shè)置在電氣控制柜15內(nèi)的工控機(jī)29、程控電源30、角度數(shù)顯表31、電參數(shù)采集儀32和電機(jī)控制器33，所述工控機(jī)29通過(guò)485通訊線控制程控電源30輸出控制電流用以改變磁粉制動(dòng)器3的輸出力矩，工控機(jī)29并通過(guò)485通訊線控制電機(jī)控制器33，工控機(jī)29利用485通訊線回采角度數(shù)顯表31與電參數(shù)采集儀32的采集數(shù)據(jù)，所述試驗(yàn)臺(tái)17固定在電氣控制柜15的上方。
[0010]回轉(zhuǎn)工作臺(tái)13包括轉(zhuǎn)動(dòng)基座、回轉(zhuǎn)平板、定心軸19以及鎖緊部件，所述轉(zhuǎn)動(dòng)基座固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)17上，被測(cè)步進(jìn)電機(jī)11和輔助電機(jī)12均固定在回轉(zhuǎn)平板上，定心軸的一端固定在試驗(yàn)臺(tái)17上，定心軸19的另一端穿過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)基座與回轉(zhuǎn)平板連接，回轉(zhuǎn)平板繞定心軸旋轉(zhuǎn)，所述鎖緊部件設(shè)置在回轉(zhuǎn)平板上用于到位鎖緊。
[0011 ]上述轉(zhuǎn)動(dòng)基座包括轉(zhuǎn)動(dòng)底盤(pán)22，所述轉(zhuǎn)動(dòng)底盤(pán)固定在試驗(yàn)臺(tái)17上，
[0012]所述回轉(zhuǎn)平板包括平板底盤(pán)25、設(shè)置平板底盤(pán)25上的輔助電機(jī)安裝槽27和被測(cè)電機(jī)安裝槽28，所述輔助電機(jī)固定在輔助電機(jī)安裝槽27內(nèi)，被測(cè)步進(jìn)電機(jī)固定在被測(cè)電機(jī)安裝槽28內(nèi)，平板底盤(pán)25與定心軸連接；
[0013]所述鎖緊部件包括設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)底盤(pán)上的T型安裝槽20、設(shè)置在平板底盤(pán)25上的T型轉(zhuǎn)動(dòng)槽23和鎖緊手柄24，所述鎖緊手柄24的一端安裝在T型安裝槽20內(nèi)，所述鎖緊手柄24另一端在平板底盤(pán)25上的T型轉(zhuǎn)動(dòng)槽23內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)。
[0014]鎖緊部件還包括設(shè)置在平板底盤(pán)25上的錐銷(xiāo)孔26。
[0015]上述轉(zhuǎn)動(dòng)底盤(pán)22設(shè)置有固定螺孔，所述轉(zhuǎn)動(dòng)底盤(pán)22通過(guò)固定螺母與試驗(yàn)臺(tái)17連接。
[0016]還包括顯示組件，所述顯示組件包括顯示器架和顯示器，所述顯示器架14固定在電氣控制柜側(cè)邊，所述顯示器固定在顯示器架14上。
[0017]還包括滑動(dòng)板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述滑動(dòng)板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)手柄2以及絲杠2，所述旋轉(zhuǎn)手柄I驅(qū)動(dòng)絲杠2帶動(dòng)滑動(dòng)板18在滑軌16上移動(dòng)。
[0018]步進(jìn)電機(jī)力矩加載方法，包括以下步驟:
[0019]I)根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的輸出精度，計(jì)算并設(shè)置誤差閾值；
[0020]2)對(duì)磁粉制動(dòng)器3的磁粉進(jìn)行穩(wěn)定化、均勻化處理:
[0021 ]旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)13，使得剛性聯(lián)軸器二 6與輔助電機(jī)12的輸出軸連接;利用輔助電機(jī)12完成對(duì)磁粉制動(dòng)器3的磁粉穩(wěn)定化、均勻化處理，在磁粉鏈形成后，脫開(kāi)輔助電機(jī)12;
[0022 ] 3)旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)13，使得剛性聯(lián)軸器二6與被測(cè)步進(jìn)電機(jī)11連接；
[0023]4)判斷磁粉制動(dòng)器3是否進(jìn)行過(guò)輸出力矩-電流關(guān)系的標(biāo)定，若進(jìn)行過(guò)標(biāo)定，則執(zhí)行步驟4)；
[0024]如未進(jìn)行過(guò)標(biāo)定，則進(jìn)行磁粉制動(dòng)器3的輸出力矩與控制電流關(guān)系的標(biāo)定，得到輸出力矩T與控制電流I的擬合公式:I =αΤ3+βΤ2+ γ Τ+ε，其中；α、β、γ、ε均為已知值；
[0025]5)計(jì)算理論控制電流:
[0026]輸入期望磁粉制動(dòng)器的期望輸出力矩，工控機(jī)29根據(jù)獲得的擬合公式計(jì)算出應(yīng)輸出的理論控制電流；
[0027]6)閉環(huán)調(diào)節(jié):
[0028]工控機(jī)29控制程控電源30輸出理論控制電流，通過(guò)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器5采集磁粉制動(dòng)器3的實(shí)際輸出力矩值，判斷實(shí)際輸出力矩與期望輸出力矩的差值是否小于誤差閾值；
[0029]若差值小于誤差閾值，則認(rèn)為實(shí)際輸出力矩合理，測(cè)試?yán)^續(xù)；
[0030]若差值大于誤差閾值，則根據(jù)差值計(jì)算修正電流，根據(jù)修正電流對(duì)控制電流進(jìn)行調(diào)整，直至實(shí)際輸出力矩合理。
[0031 ]對(duì)磁粉制動(dòng)器3的進(jìn)行輸出力矩與控制電流關(guān)系標(biāo)定的具體方法為:
[0032]程控電源30從OA開(kāi)始，以固定步長(zhǎng)測(cè)得一系列控制電流與對(duì)應(yīng)輸出力矩的測(cè)量數(shù)據(jù)，采用三階多項(xiàng)式對(duì)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到電流I與力矩T的擬合公式:Ι=αΤ3+βT2+γ Τ+ε，其中；α、β、γ、ε均為已知值。
[0033]本發(fā)明的有益效果是:
[0034]1、本發(fā)明的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)在加載前利用輔助電機(jī)完成對(duì)磁粉制動(dòng)器的磁粉穩(wěn)定性處理，形成磁粉鏈，在對(duì)低速步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行力矩加載時(shí)，磁粉制動(dòng)器的輸出精度大大提高。
[0035]2、本發(fā)明采用角度編碼器對(duì)步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行測(cè)量，解決了目前通用的力矩加載裝置無(wú)法測(cè)量角度的問(wèn)題。
[0036]3、通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到步進(jìn)電機(jī)力矩加載裝置的電流與輸出力矩的擬合方程，利用標(biāo)定的擬合方程實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)力矩加載裝置的閉環(huán)控制，使得步進(jìn)電機(jī)力矩加載裝置的力矩加載精度5%提高到0.5%
【附圖說(shuō)明】
[0037]圖1是本發(fā)明步進(jìn)電機(jī)力矩加載裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0038]圖2是圖1的左視圖；
[0039]圖3是本發(fā)明轉(zhuǎn)動(dòng)基座結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖4是本發(fā)明回轉(zhuǎn)平板的機(jī)構(gòu)示意圖；
[0041]圖5是本發(fā)明電氣控制部分示意圖；
[0042]圖6是本發(fā)明加載方法流程圖
[0043]其中附圖標(biāo)記為:1-旋轉(zhuǎn)手柄，2-絲杠，3-磁粉制動(dòng)器，4-剛性聯(lián)軸器一，5-轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器，6-剛性聯(lián)軸器二，7-傳動(dòng)軸，8-角度編碼器，9-電機(jī)延長(zhǎng)軸，10-編碼器安裝支架，11-被測(cè)步進(jìn)電機(jī)，12-輔助電機(jī)，13-回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，14-顯示器架，15-電氣控制柜，16-滑軌，17-試驗(yàn)臺(tái)，18-滑動(dòng)板，19-定心軸，20-T型安裝槽，21-固定螺母，22-轉(zhuǎn)動(dòng)底盤(pán)，23-T型轉(zhuǎn)動(dòng)槽24-鎖緊手柄，25-平板底盤(pán)，26-錐銷(xiāo)孔，27-輔助電機(jī)安裝槽，28-被測(cè)電機(jī)安裝槽，29-工控機(jī)，30-程控電源，31-角度數(shù)顯表，32-電參數(shù)采集儀，33-電機(jī)控制器。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0045]參照?qǐng)D1-圖2，一種高精度的步進(jìn)電機(jī)力矩加載裝置包括機(jī)械連接部分和電氣控制部分，機(jī)械連接部分安裝在試驗(yàn)臺(tái)17上，試驗(yàn)臺(tái)17上裝有滑軌16和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)13，滑動(dòng)板18通過(guò)螺釘安裝在滑軌16上，磁粉制動(dòng)器3、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器5固定在滑動(dòng)板18上，磁粉制動(dòng)器3通過(guò)剛性聯(lián)軸器一 4與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器5—端相連，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器5另一端通過(guò)剛性聯(lián)軸器二 6與傳動(dòng)軸7相連?；瑒?dòng)板18可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)手柄I和絲杠2配合在滑軌16上滑動(dòng)。角度編碼器8、被測(cè)步進(jìn)電機(jī)11、輔助電機(jī)12固定到回轉(zhuǎn)工作臺(tái)13上，角度編碼器8—端與傳動(dòng)軸7相連，另一端通過(guò)編碼器安裝支架10與被測(cè)步進(jìn)電機(jī)11的電機(jī)延長(zhǎng)軸9相連，被測(cè)步進(jìn)電機(jī)11位于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)13的一端，輔助電機(jī)在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)13的另一端，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)13旋轉(zhuǎn)能夠使得剛性聯(lián)軸器二 6與被測(cè)步進(jìn)電機(jī)的延長(zhǎng)軸9連接或者與輔助電機(jī)12的輸出軸連接。顯示器架14固定到電氣控制柜15的側(cè)邊。
[0046]參照?qǐng)D3-圖4，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)13包括定心軸19、鎖緊部件、轉(zhuǎn)動(dòng)基座和回轉(zhuǎn)平板，轉(zhuǎn)動(dòng)基座固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)17上，被測(cè)步進(jìn)電機(jī)11和輔助電機(jī)12均固定在回轉(zhuǎn)平板上，定心軸的一端固定在試驗(yàn)臺(tái)17上，定心軸19的另一端穿過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)基座與回轉(zhuǎn)平板連接，回轉(zhuǎn)平板繞定心軸旋轉(zhuǎn)，鎖緊部件設(shè)置在回轉(zhuǎn)平板上用于到位鎖緊。
[0047]具體來(lái)說(shuō):轉(zhuǎn)動(dòng)基座包括轉(zhuǎn)動(dòng)底盤(pán)22，轉(zhuǎn)動(dòng)底盤(pán)固定在試驗(yàn)臺(tái)17上，回轉(zhuǎn)平板包括平板底盤(pán)25、設(shè)置平板底盤(pán)25上的輔助電機(jī)安裝槽27和被測(cè)電機(jī)安裝槽28，輔助電機(jī)固定在輔助電機(jī)安裝槽27內(nèi)，被測(cè)步進(jìn)電機(jī)固定在被測(cè)電機(jī)安裝槽28內(nèi)，平板底盤(pán)25與定心軸連接；
[0048]鎖緊部件包括設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)底盤(pán)上的T型安裝槽20、設(shè)置在平板底盤(pán)25上的T型轉(zhuǎn)動(dòng)槽23和鎖緊手柄24，鎖緊手柄24的一端安裝在T型安裝槽20內(nèi)，鎖緊手柄24另一端在平板底盤(pán)25上的T型轉(zhuǎn)動(dòng)槽23內(nèi)可自由旋轉(zhuǎn)。
[0049]轉(zhuǎn)動(dòng)基座通過(guò)螺釘固定到實(shí)驗(yàn)臺(tái)平板17上，回轉(zhuǎn)平板與轉(zhuǎn)動(dòng)基座利用定心軸19完成同心裝配，利用鎖緊手柄24鎖緊固定?；剞D(zhuǎn)平板中的鎖緊手柄24頂部在轉(zhuǎn)T型轉(zhuǎn)動(dòng)槽23內(nèi)可自由旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)到預(yù)定位置時(shí)，將鎖緊手柄24上面的手柄吊緊，鎖緊手柄24底部的螺釘部分便在T型安裝槽20鎖緊固定住，同時(shí)，將錐銷(xiāo)孔26安裝錐銷(xiāo)，進(jìn)一步將回轉(zhuǎn)平板鎖緊。轉(zhuǎn)動(dòng)基座中的T型安裝槽20是裝置搭建開(kāi)始前將回轉(zhuǎn)平板中的鎖緊手柄24安裝進(jìn)去的槽位，安裝完成后，需要利用自制的嵌補(bǔ)件將T型安裝槽20補(bǔ)上，防止回轉(zhuǎn)平板轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中鎖緊手柄24轉(zhuǎn)出T型安裝槽20?；剞D(zhuǎn)平板上的輔助電機(jī)安裝槽27用于與輔助電機(jī)底座的安裝鍵對(duì)接，被測(cè)電機(jī)安裝槽28用于與被測(cè)電機(jī)底座的安裝鍵對(duì)接。
[0050]本發(fā)明的工作過(guò)程:
[0051]結(jié)合圖1-圖4，在步進(jìn)電機(jī)力矩加載裝置正式加載前，首先斷開(kāi)剛性聯(lián)軸器二6與傳動(dòng)軸7的連接，利用旋轉(zhuǎn)手柄I和絲杠2配合讓滑動(dòng)板18在滑軌16上移動(dòng)，向遠(yuǎn)離回轉(zhuǎn)工作臺(tái)13的方向移動(dòng)，將鎖緊手柄24放松，旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)13上的回轉(zhuǎn)平板旋轉(zhuǎn)180°，將輔助電機(jī)12旋轉(zhuǎn)到剛性聯(lián)軸器二的一端，再利用旋轉(zhuǎn)手柄I和絲杠2配合讓滑動(dòng)板18向輔助電機(jī)12的方向移動(dòng)，將輔助電機(jī)12的輸出軸與剛性聯(lián)軸器二連接，此時(shí)，角度編碼器8和被測(cè)步進(jìn)電機(jī)11不參與工作，輔助電機(jī)12的轉(zhuǎn)速很高，利用輔助電機(jī)12的轉(zhuǎn)動(dòng)將磁粉制動(dòng)器3的磁粉轉(zhuǎn)動(dòng)均勻，形成磁粉鏈。磁粉制動(dòng)器3轉(zhuǎn)動(dòng)均勻后，斷開(kāi)輔助電機(jī)12與剛性聯(lián)軸器二的連接，重新旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)13，將被測(cè)步進(jìn)電機(jī)11通過(guò)傳動(dòng)軸與剛性聯(lián)軸器二 6連接接入力矩加載裝置。
[0052]參照?qǐng)D5，電氣控制部分以工控機(jī)29為核心，完成步進(jìn)電機(jī)力矩加載裝置的控制、采集、輸出等工作，工控機(jī)29通過(guò)485通訊線與程控電源30、角度數(shù)顯表31、電參數(shù)采集儀32、電機(jī)控制器33連接，程控電源30通過(guò)電纜與磁粉制動(dòng)器3的控制端連接，角度數(shù)顯表31通過(guò)電纜與角度編碼器8的航插端子連接，電參數(shù)采集儀32和電機(jī)控制器33通過(guò)電纜與被測(cè)電機(jī)11相連。
[0053]結(jié)合圖5，工控機(jī)29通過(guò)485通訊線控制程控電源30輸出驅(qū)動(dòng)電流，驅(qū)動(dòng)電流經(jīng)過(guò)電纜控制磁粉制動(dòng)器3輸出制動(dòng)力矩，工控機(jī)29在通過(guò)485通訊線控制電機(jī)控制器33輸出控制脈沖送往被測(cè)步進(jìn)電機(jī)11，被測(cè)步進(jìn)電機(jī)11與磁粉制動(dòng)器3同軸旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器5采集到當(dāng)前磁粉制動(dòng)器3的輸出制動(dòng)力矩值并利用485通訊線送往工控機(jī)顯示，角度編碼器31采集到當(dāng)前被測(cè)步進(jìn)電機(jī)11的旋轉(zhuǎn)角度值和電參數(shù)采集儀32采集到的步進(jìn)電機(jī)11的電流、電壓等參量值同樣通過(guò)485通訊線回采至工控機(jī)29顯示。
[0054]如圖6所示，本發(fā)明涉及的一種高精度的步進(jìn)電機(jī)力矩加載裝置在加載前，首先利用輔助電機(jī)12完成對(duì)磁粉制動(dòng)器3的磁粉穩(wěn)定化、均勻化處理，磁粉鏈形成后，脫開(kāi)輔助電機(jī)12，連接上被測(cè)步進(jìn)電機(jī)11，并判斷是否進(jìn)行過(guò)輸出力矩-電流關(guān)系的標(biāo)定，如果為首次使用或使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就需要進(jìn)行磁粉制動(dòng)器3的輸出力矩與控制電流關(guān)系的標(biāo)定，程控電源30從OA開(kāi)始，以0.05A為步長(zhǎng)測(cè)得一系列電流與對(duì)應(yīng)輸出力矩的測(cè)量數(shù)據(jù)，采用三階多項(xiàng)式對(duì)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到控制電流I與輸出力矩T的擬合公式:Ι = αΤ3+βΤ2+γΤ+ε，其中；α、β、T、ε均為已知值;在上位機(jī)輸入期望得到的力矩值，工控機(jī)29根據(jù)獲得的擬合公式計(jì)算出應(yīng)輸出的電流值，控制程控電源30輸出相應(yīng)電流值后，通過(guò)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器5采集磁粉制動(dòng)器實(shí)際輸出的力矩值，判斷輸出值誤差是否小于閾值，小于閾值則認(rèn)為輸出合理，測(cè)試?yán)^續(xù)，若輸出值誤差大于閾值，則對(duì)輸出電流值進(jìn)行修正，修正完成后重新輸出電流值，實(shí)現(xiàn)了對(duì)力矩加載裝置輸出的閉環(huán)控制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種步進(jìn)電機(jī)力矩加載裝置，包括磁粉制動(dòng)器和電氣控制部分，其特征在于:還包括轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器(5)、角度編碼器(8)、輔助電機(jī)(12)和試驗(yàn)臺(tái)(17)，所述磁粉制動(dòng)器(3)通過(guò)剛性聯(lián)軸器一 (4)與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器(5)的一端連接，轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器(5)的另一端固定有剛性聯(lián)軸器二(6); 所述角度編碼器(8)固定在被測(cè)步進(jìn)電機(jī)的延長(zhǎng)軸(9)上，所述磁粉制動(dòng)器(3)和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器(5)固定在滑動(dòng)板(18)上，滑動(dòng)板(18)能夠在設(shè)置在試驗(yàn)臺(tái)(17)上的滑軌(16)上移動(dòng)，角度編碼器(8)、被測(cè)步進(jìn)電機(jī)(11)和輔助電機(jī)(12)安裝在位于試驗(yàn)臺(tái)(17)上的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(13)上，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(13)旋轉(zhuǎn)能夠使得剛性聯(lián)軸器二(6)與被測(cè)步進(jìn)電機(jī)的延長(zhǎng)軸(9)連接或者與輔助電機(jī)(12)的輸出軸連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進(jìn)電機(jī)力矩加載裝置，其特征在于:所述電氣控制部分包括電氣控制柜(15)以及設(shè)置在電氣控制柜(15)內(nèi)的工控機(jī)(29)、程控電源(30)、角度數(shù)顯表(31)、電參數(shù)采集儀(32)和電機(jī)控制器(33)，所述工控機(jī)(29)通過(guò)485通訊線控制程控電源(30)輸出控制電流用以改變磁粉制動(dòng)器(3)的輸出力矩，工控機(jī)(29)并通過(guò)485通訊線控制電機(jī)控制器(33)，工控機(jī)(29)利用485通訊線回采角度數(shù)顯表(31)與電參數(shù)采集儀(32)的采集數(shù)據(jù)，所述試驗(yàn)臺(tái)(17)固定在電氣控制柜(15)的上方。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的步進(jìn)電機(jī)力矩加載裝置，其特征在于:回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(13)包括轉(zhuǎn)動(dòng)基座、回轉(zhuǎn)平板、定心軸(I9)以及鎖緊部件，所述轉(zhuǎn)動(dòng)基座固定在實(shí)驗(yàn)臺(tái)(I7)上，被測(cè)步進(jìn)電機(jī)(II)和輔助電機(jī)(I2)均固定在回轉(zhuǎn)平板上，定心軸的一端固定在試驗(yàn)臺(tái)(I7)上，定心軸(19)的另一端穿過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)基座與回轉(zhuǎn)平板連接，回轉(zhuǎn)平板繞定心軸旋轉(zhuǎn)，所述鎖緊部件設(shè)置在回轉(zhuǎn)平板上用于到位鎖緊。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的步進(jìn)電機(jī)力矩加載裝置，其特征在于:所述轉(zhuǎn)動(dòng)基座包括轉(zhuǎn)動(dòng)底盤(pán)(22)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)底盤(pán)固定在試驗(yàn)臺(tái)(17)上， 所述回轉(zhuǎn)平板包括平板底盤(pán)(25)、設(shè)置平板底盤(pán)(25)上的輔助電機(jī)安裝槽(27)和被測(cè)電機(jī)安裝槽(28)，所述輔助電機(jī)固定在輔助電機(jī)安裝槽(27)內(nèi)，被測(cè)步進(jìn)電機(jī)固定在被測(cè)電機(jī)安裝槽(28)內(nèi)，平板底盤(pán)(25)與定心軸連接； 所述鎖緊部件包括設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)底盤(pán)上的T型安裝槽(20)、設(shè)置在平板底盤(pán)(25)上的T型轉(zhuǎn)動(dòng)槽(23)和鎖緊手柄(24)，所述鎖緊手柄(24)的一端安裝在T型安裝槽(20)內(nèi)，所述鎖緊手柄(24)另一端在平板底盤(pán)(25)上的T型轉(zhuǎn)動(dòng)槽(23)內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的步進(jìn)電機(jī)力矩加載裝置，其特征在于:鎖緊部件還包括設(shè)置在平板底盤(pán)(25)上的錐銷(xiāo)孔(26)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的步進(jìn)電機(jī)力矩加載裝置，其特征在于:所述轉(zhuǎn)動(dòng)底盤(pán)(22)設(shè)置有固定螺孔，所述轉(zhuǎn)動(dòng)底盤(pán)(22)通過(guò)固定螺母與試驗(yàn)臺(tái)17連接。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的步進(jìn)電機(jī)力矩加載裝置，其特征在于:還包括顯示組件，所述顯示組件包括顯示器架和顯示器，所述顯示器架(14)固定在電氣控制柜側(cè)邊，所述顯示器固定在顯示器架(14)上。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的步進(jìn)電機(jī)力矩加載裝置，其特征在于:還包括滑動(dòng)板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述滑動(dòng)板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)手柄(2)以及絲杠(2)，所述旋轉(zhuǎn)手柄(I)驅(qū)動(dòng)絲杠(2)帶動(dòng)滑動(dòng)板(18)在滑軌(16)上移動(dòng)。9.基于權(quán)利要求1所述的步進(jìn)電機(jī)力矩加載裝置的加載方法，其特征在于:包括以下步 驟: 1)根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的輸出精度，計(jì)算并設(shè)置誤差閾值； 2)對(duì)磁粉制動(dòng)器(3)的磁粉進(jìn)行穩(wěn)定化、均勻化處理: 旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(I3)，使得剛性聯(lián)軸器二(6)與輔助電機(jī)(I2)的輸出軸連接;利用輔助電機(jī)(12)完成對(duì)磁粉制動(dòng)器(3)的磁粉穩(wěn)定化、均勻化處理，在磁粉鏈形成后，脫開(kāi)輔助電機(jī)(12); 3)旋轉(zhuǎn)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)(13)，使得剛性聯(lián)軸器二 (6)與被測(cè)步進(jìn)電機(jī)(11)連接； 4)判斷磁粉制動(dòng)器(3)是否進(jìn)行過(guò)輸出力矩-電流關(guān)系的標(biāo)定，若進(jìn)行過(guò)標(biāo)定，則執(zhí)行步驟4)； 如未進(jìn)行過(guò)標(biāo)定，則進(jìn)行磁粉制動(dòng)器(3)的輸出力矩與控制電流關(guān)系的標(biāo)定，得到輸出力矩T與控制電流I的擬合公式:I =αΤ3+βΤ2+ γ Τ+ε，其中；α、β、γ、ε均為已知值； 5)計(jì)算理論控制電流: 輸入期望磁粉制動(dòng)器的期望輸出力矩，工控機(jī)(29)根據(jù)獲得的擬合公式計(jì)算出應(yīng)輸出的理論控制電流； 6)閉環(huán)調(diào)節(jié): 工控機(jī)(29)控制程控電源(30)輸出理論控制電流，通過(guò)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器(5)采集磁粉制動(dòng)器(3)的實(shí)際輸出力矩值，判斷實(shí)際輸出力矩與期望輸出力矩的差值是否小于誤差閾值； 若差值小于誤差閾值，則認(rèn)為實(shí)際輸出力矩合理，測(cè)試?yán)^續(xù)； 若差值大于誤差閾值，則根據(jù)差值計(jì)算修正電流，根據(jù)修正電流對(duì)控制電流進(jìn)行調(diào)整，直至實(shí)際輸出力矩合理。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的步進(jìn)電機(jī)力矩加載方法，其特征在于: 對(duì)磁粉制動(dòng)器(3)的進(jìn)行輸出力矩與控制電流關(guān)系標(biāo)定的具體方法為: 程控電源(30)從OA開(kāi)始，以固定步長(zhǎng)測(cè)得一系列控制電流與對(duì)應(yīng)輸出力矩的測(cè)量數(shù)據(jù)，采用三階多項(xiàng)式對(duì)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到電流I與力矩T的擬合公式:Ι=αΤ3+βT2+γ Τ+ε，其中；α、β、γ、ε均為已知值。
【文檔編號(hào)】G01R31/34GK106019149SQ201610377617
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】趙華, ?，? 張周煥, 杜栓才
【申請(qǐng)人】西安航天計(jì)量測(cè)試研究所