本發(fā)明屬于控制
技術(shù)領(lǐng)域：
：，涉及一種驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，具體涉及一種扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：：目前的扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)設(shè)備，典型驅(qū)動(dòng)方式是采用機(jī)械驅(qū)動(dòng)或液壓驅(qū)動(dòng)。其中，機(jī)械驅(qū)動(dòng)方式采用機(jī)械凸輪或四連桿機(jī)構(gòu)，將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)變換為偏擺，通過(guò)凸輪軌跡或調(diào)節(jié)偏心距離來(lái)改變扭轉(zhuǎn)角度的大小。但是，機(jī)械驅(qū)動(dòng)方式存在扭轉(zhuǎn)角度范圍窄(一般在±40°以下)，試驗(yàn)頻率不高(機(jī)構(gòu)運(yùn)行于不平衡狀態(tài)，試驗(yàn)頻率一般在10hz以下)，振動(dòng)和噪聲較大，扭轉(zhuǎn)角度的調(diào)節(jié)煩瑣，操作不方便等缺點(diǎn)，適用于試驗(yàn)精度要求不高的場(chǎng)所。液壓驅(qū)動(dòng)方式采用偏擺油缸作為驅(qū)動(dòng)器，配置伺服閥、油源、油冷卻器等，控制系統(tǒng)運(yùn)用fpid技術(shù)，控制精度和運(yùn)行頻率優(yōu)于機(jī)械驅(qū)動(dòng)方式。但是，存在系統(tǒng)龐大，運(yùn)行成本高、能耗大和不耐用(存在漏油的風(fēng)險(xiǎn))的缺點(diǎn)，最大扭轉(zhuǎn)角度能達(dá)到±90°，用于試驗(yàn)精度要求較高的場(chǎng)所。鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述技術(shù)缺陷，迫切需要研制一種新型的扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)方式。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提供一種扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，其具有控制精度高、扭轉(zhuǎn)角度不受限、體積小、節(jié)能和耐用等一系列優(yōu)點(diǎn)，將該驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用于扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)設(shè)備上，能簡(jiǎn)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，提升設(shè)備性能，降低試驗(yàn)成本，將設(shè)備提升到一個(gè)新的臺(tái)階。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，其包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，其特征是，進(jìn)一步包括伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、編碼器和現(xiàn)場(chǎng)模塊，其中，所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與所述現(xiàn)場(chǎng)模塊和所述伺服驅(qū)動(dòng)器相連，所述現(xiàn)場(chǎng)模塊用于收集采集的外圍信號(hào)和輸出控制信號(hào)到外圍設(shè)備，所述編碼器用于將所述伺服電機(jī)的信息反饋給所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)用于將根據(jù)所述外圍信號(hào)和所述信息進(jìn)行運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果輸出給所述伺服驅(qū)動(dòng)器，所述伺服驅(qū)動(dòng)器用于根據(jù)所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的運(yùn)算結(jié)果驅(qū)動(dòng)所述伺服電機(jī)，所述伺服電機(jī)用于實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。進(jìn)一步地，其中，所述現(xiàn)場(chǎng)模塊包括耦合器、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、稱重測(cè)量模塊和終端模塊，所述耦合器通過(guò)ethercat總線與所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相連，所述數(shù)字量輸入模塊與外圍設(shè)備相連以實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的輸入，所述數(shù)字量輸出模塊與外圍設(shè)備相連以實(shí)現(xiàn)控制數(shù)字信號(hào)的輸出，所述稱重測(cè)量模塊用于實(shí)現(xiàn)扭矩傳感器的輸入。更進(jìn)一步地，其中，所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中設(shè)置有twincat控制器，其包括twincatplc和twincatnc，所述twincatplc通過(guò)ads路由器與所述twincatnc關(guān)聯(lián)，所述伺服驅(qū)動(dòng)器為ax驅(qū)動(dòng)器，所述twincatnc與所述ax驅(qū)動(dòng)器之間通過(guò)內(nèi)部地址映射，所述編碼器和所述ax驅(qū)動(dòng)器采用endata2.1協(xié)議通訊。再進(jìn)一步地，其中，所述twincatplc通過(guò)ads路由器將報(bào)文數(shù)據(jù)傳輸給所述twincatnc，所述twincatnc根據(jù)所述報(bào)文數(shù)據(jù)應(yīng)用電子凸輪技術(shù)生成所需的運(yùn)動(dòng)曲線并根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)曲線產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。此外，所述扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)一步包括遠(yuǎn)程控制站，并且所述現(xiàn)場(chǎng)模塊還包括profinet通訊從站，所述profinet通訊從站通過(guò)profinet總線與所述遠(yuǎn)程控制站相連。進(jìn)一步地，所述扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)一步包括冷卻系統(tǒng)，所述冷卻系統(tǒng)用于對(duì)所述伺服電機(jī)進(jìn)行冷卻，且所述冷卻系統(tǒng)與所述現(xiàn)場(chǎng)模塊之間進(jìn)行通信以獲得控制命令。更進(jìn)一步地，其中，所述伺服驅(qū)動(dòng)器工作在轉(zhuǎn)矩模式下，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制。與現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)方式相比，本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)具有如下有益技術(shù)效果：1、其扭轉(zhuǎn)角度不受限制，解決了扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)設(shè)備不能做大角度(≥±90°)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的難題(優(yōu)于機(jī)械驅(qū)動(dòng)方式和液壓驅(qū)動(dòng)方式)。2、其機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，試件一次裝夾到位，沒(méi)有額外的機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，只需設(shè)定好試驗(yàn)參數(shù)，就能進(jìn)行試驗(yàn)(優(yōu)于機(jī)械驅(qū)動(dòng)方式)。3、其占地面積小，運(yùn)行噪聲低、節(jié)能環(huán)保(優(yōu)于機(jī)械驅(qū)動(dòng)方式和液壓驅(qū)動(dòng)方式)。4、其節(jié)能效果明顯，與液壓驅(qū)動(dòng)方式相對(duì)比，能降低50％的能耗。5、其運(yùn)行成本和制作成本低于液壓驅(qū)動(dòng)方式。6、根據(jù)試驗(yàn)記錄，其運(yùn)行于定角度扭轉(zhuǎn)模式下，扭角誤差≤0.08°，控制精度高。7、其試驗(yàn)運(yùn)行的頻率可達(dá)到30hz(±2.0°)。8、其智能化程度高，控制系統(tǒng)通過(guò)各種傳感器監(jiān)視工況，如超載、零件失效后引起轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)角變化等，均有信息提示，可自動(dòng)停機(jī)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人職守作業(yè)。9、通過(guò)更換工裝夾具，可實(shí)現(xiàn)多品種產(chǎn)品的試驗(yàn)(汽車(chē)離合器、雙質(zhì)量飛輪總成等)的扭轉(zhuǎn)耐久試驗(yàn)。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，實(shí)施例的內(nèi)容不作為對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍的限制。圖1示出了本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。所述扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)一步包括伺服驅(qū)動(dòng)器、伺服電機(jī)、編碼器和現(xiàn)場(chǎng)模塊。其中，所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與所述現(xiàn)場(chǎng)模塊和所述伺服驅(qū)動(dòng)器相連。優(yōu)選地，所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通過(guò)ethercat總線與所述現(xiàn)場(chǎng)模塊相連。在本發(fā)明中，所述現(xiàn)場(chǎng)模塊用于收集采集的外圍信號(hào)和輸出控制信號(hào)到外圍設(shè)備。其中，所述現(xiàn)場(chǎng)模塊包括耦合器、數(shù)字量輸入模塊、數(shù)字量輸出模塊、稱重測(cè)量模塊和終端模塊。優(yōu)選地，所述耦合器為ek1100耦合器，其是所述現(xiàn)場(chǎng)模塊的開(kāi)始端，通過(guò)ethercat總線與所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相連，以實(shí)現(xiàn)所述現(xiàn)場(chǎng)模塊的其它模塊與所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)之間的連接。所述數(shù)字量輸入模塊為el1889數(shù)字量輸入端子模塊，其為16路數(shù)字量輸入模塊，用于實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)信號(hào)的輸入。在使用時(shí)，所述數(shù)字量輸入模塊與外圍設(shè)備相連以實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的輸入。其中，所述外圍設(shè)備包括各種信號(hào)采集傳感器，例如，轉(zhuǎn)矩采集傳感器、轉(zhuǎn)角采集傳感器等。所述數(shù)字量輸出模塊為el2889數(shù)字量輸出端子模塊，其為16路數(shù)字量輸出模塊，用于實(shí)現(xiàn)控制數(shù)字信號(hào)的輸出。在使用時(shí)，所述數(shù)字量輸出模塊與外圍設(shè)備相連以實(shí)現(xiàn)控制數(shù)字信號(hào)的輸出。其中，所述外圍設(shè)備可以包括冷卻系統(tǒng)等。所述冷卻系統(tǒng)用于對(duì)所述伺服電機(jī)進(jìn)行冷卻。所述冷卻系統(tǒng)接收所述數(shù)字量輸出模塊輸出的控制數(shù)字信號(hào)，并依據(jù)所述控制數(shù)字信號(hào)確定是否啟動(dòng)。所述稱重測(cè)量模塊為el3356-0010子模塊，用于實(shí)現(xiàn)扭矩傳感器的輸入。所述終端模塊為el9010子模塊，其作為所述現(xiàn)場(chǎng)模塊的結(jié)束端。此外，更優(yōu)選地，所述現(xiàn)場(chǎng)模塊還可以包括profinet通訊從站。所述profinet通訊從站通過(guò)profinet總線與所述遠(yuǎn)程控制站相連。其中，所述profinet通訊從站為el6631子模塊，用于與所述遠(yuǎn)程控制站之間進(jìn)行profinet通訊。所述遠(yuǎn)程控制站用于控制其他設(shè)備(例如機(jī)械手)與本系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)。所述編碼器用于將所述伺服電機(jī)的信息反饋給所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。具體地，通過(guò)所述編碼器可以將所述伺服電機(jī)的位置、速度、溫度等信息反饋給所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)用于將根據(jù)所述外圍信號(hào)和所述信息進(jìn)行運(yùn)算，并將運(yùn)算結(jié)果輸出給所述伺服驅(qū)動(dòng)器。所述伺服驅(qū)動(dòng)器用于根據(jù)所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的運(yùn)算結(jié)果驅(qū)動(dòng)所述伺服電機(jī)。所述伺服電機(jī)用于實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)。在本發(fā)明中，所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中設(shè)置有twincat控制器，其包括twincatplc和twincatnc。twincat是“thewindowscontrolandautomationtechnology”的縮寫(xiě)，即基于windows操作系統(tǒng)的自動(dòng)化控制技術(shù)。twincat控制器是一套純軟件的控制器，完全利用計(jì)算機(jī)標(biāo)配的硬件，實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算和運(yùn)動(dòng)控制。twincat控制器運(yùn)行核安裝在beckhoff的ipc或者epc上，其功能就相當(dāng)于1臺(tái)計(jì)算機(jī)加上1個(gè)邏輯控制器(twincatplc)和1個(gè)運(yùn)動(dòng)控制器(twincatnc)。其中，所述twincatplc通過(guò)ads(advanceddesignsystem)路由器與所述twincatnc關(guān)聯(lián)。所述伺服驅(qū)動(dòng)器為ax驅(qū)動(dòng)器，ax驅(qū)動(dòng)器是專為ethercat(實(shí)時(shí)以太網(wǎng)系統(tǒng))開(kāi)發(fā)的，ethercat的卓越性能特別有益于驅(qū)動(dòng)技術(shù)：它們擁有很短的周期時(shí)間和良好的同步性及實(shí)時(shí)性，即使通訊網(wǎng)絡(luò)中連接了大量的設(shè)備，通過(guò)ethercat仍然能夠?qū)崿F(xiàn)極短的周期時(shí)間。其中，ax驅(qū)動(dòng)器的調(diào)試界面集成在twincatsystemmanager中，所有參數(shù)也保存在twincat控制器而不是ax驅(qū)動(dòng)器里面。所述twincatnc與所述ax驅(qū)動(dòng)器之間通過(guò)內(nèi)部地址映射。所述編碼器和所述ax驅(qū)動(dòng)器采用endata2.1協(xié)議通訊，以將將所述伺服電機(jī)的位置、速度、溫度等信息傳遞給所述ax驅(qū)動(dòng)器，再有所述ax驅(qū)動(dòng)器傳遞給所述工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。這樣，所述twincatplc根據(jù)所述現(xiàn)場(chǎng)模塊的數(shù)字量輸入模塊輸入的數(shù)字信號(hào)和所述編碼器通過(guò)所述伺服驅(qū)動(dòng)器反饋的所述伺服電機(jī)的信息進(jìn)行控制計(jì)算。之后，其會(huì)將控制計(jì)算結(jié)果的報(bào)文數(shù)據(jù)通過(guò)ads路由器傳輸給所述twincatnc。所述twincatnc根據(jù)所述報(bào)文數(shù)據(jù)應(yīng)用電子凸輪技術(shù)生成所需的運(yùn)動(dòng)曲線并根據(jù)所述運(yùn)動(dòng)曲線產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。所述twincatnc將產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)映射到所述ax驅(qū)動(dòng)器，由所述ax驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述伺服電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。在此需要說(shuō)明的是，基于伺服電機(jī)直驅(qū)的扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)設(shè)備的研發(fā)，我們做過(guò)大量的摸底探索工作。對(duì)伺服電機(jī)的輸出控制方式，曾以速度控制、位置控制等形式做過(guò)實(shí)驗(yàn)，均沒(méi)有達(dá)到理想效果，直到采取了電子凸輪技術(shù)菜達(dá)到理想效果，因此，在本發(fā)明中采用了電子凸輪技術(shù)進(jìn)行控制。下面將詳細(xì)介紹以上幾種控制方式的利與弊。速度給定：采用速度控制的方式，主要是通過(guò)直接給定速度讓伺服驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)過(guò)程中可以做到速度可控，反應(yīng)快速。但是，位置偏移誤差較嚴(yán)重，頻繁試驗(yàn)后誤差值將逐步累積。針對(duì)帶有工件運(yùn)轉(zhuǎn)的情況，甚至?xí)斐晒ぜ膿p壞。在運(yùn)轉(zhuǎn)頻率較高的情況下，通過(guò)軟件補(bǔ)償也不能滿足要求，所以這種控制方式被舍棄。位置控制：采用位置控制的方式主要是直接讓伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)到給定位置，運(yùn)動(dòng)的速度、加速度等參數(shù)可設(shè)定。位置控制由于有位置環(huán)的調(diào)節(jié)，位置偏差較速度控制方式要小得多。但位置控制方式同樣有弊端：1、位置控制方式比速度控制方式更優(yōu)，但運(yùn)轉(zhuǎn)頻率很難提高到更高水平。2、位置控制方式的加速度設(shè)置比較復(fù)雜，不同角度和不同頻率對(duì)加速度的設(shè)置不同，對(duì)控制的實(shí)時(shí)性要求很高。所以這種控制方式同樣被舍棄。電子凸輪控制：電子凸輪描繪了主軸與從軸的位置保持對(duì)應(yīng)關(guān)系。這個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系通過(guò)凸輪表(camtable)來(lái)表示的。我們利用時(shí)間軸作為主軸，電機(jī)軸作為從軸，從而將電機(jī)的運(yùn)動(dòng)位置與時(shí)間點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)起來(lái)。另外，通過(guò)對(duì)位置(position)的求導(dǎo)運(yùn)算得到速度(velocity)與時(shí)間點(diǎn)的關(guān)系，通過(guò)對(duì)速度的求導(dǎo)運(yùn)算得到加速度(acceleration)與時(shí)間點(diǎn)的關(guān)系，通過(guò)對(duì)加速度的求導(dǎo)運(yùn)算得到加加速度(jerk)與時(shí)間點(diǎn)的關(guān)系。所以，通過(guò)凸輪表的方式，將位置、速度、加速度、加加速度都做到了可控，極大的提高了扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)的實(shí)時(shí)性和可靠性。最后，在本發(fā)明中，所述伺服驅(qū)動(dòng)器工作在轉(zhuǎn)矩模式下，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制。為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩控制，必須讓伺服驅(qū)動(dòng)器工作在轉(zhuǎn)矩模式下。轉(zhuǎn)矩模式是指伺服驅(qū)動(dòng)器以控制伺服電機(jī)的輸出力矩為目的，速度大小和外部負(fù)載大小有關(guān)。此時(shí)，伺服驅(qū)動(dòng)器以電流環(huán)控制為主，外部給定直接給電流環(huán)作為力矩設(shè)定。為防止超速，采用速度斜坡起一個(gè)限制最大速度的作用。在轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制下，轉(zhuǎn)矩的實(shí)際給定由轉(zhuǎn)矩給定、轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償給定、轉(zhuǎn)矩負(fù)反饋三部分組成，超調(diào)量主要由比例增益kp和積分響應(yīng)時(shí)間tn決定，這兩個(gè)參數(shù)由程序動(dòng)態(tài)給定調(diào)節(jié)。本發(fā)明的扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用于扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)設(shè)備，具有控制精度高、扭轉(zhuǎn)角度不受限、體積小、節(jié)能和耐用等一系列優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，其簡(jiǎn)化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，提升了設(shè)備性能，降低了試驗(yàn)成本，能將設(shè)備提升到一個(gè)新臺(tái)階。本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。當(dāng)前第1頁(yè)12當(dāng)前第1頁(yè)12