一种新型电机控制性能测试系统的制作方法

本发明涉及一种电机测试系统，具体涉及一种测试电机控制性能的测试系统。

背景技术：

电机产品性能测试是电机产品开发过程中的必要过程，电机产品在研发阶段就需要频繁的进行控制性能测试，在产品发布阶段之前也需要进行系统性的控制性能测试。因此一套完整且方便的电机控制性能测试平台对于缩短产品开发周期、提高产品开发质量具有极其重要的作用。作为电机产品开发的重要一环，一套完备、可靠、方便的电机控制性能测试装置能够为研发人员了解电机产品性能、找到产品不足、寻找产品改进方案提供良好的实验基础。

目前电机控制领域内常用的电机控制性能测试装置主要分为三种：一是基于测功机的测试装置，即Ⅰ类装置，常用的测功机又分为电涡流式测功机、磁滞测功机和磁粉测功机等等；二是外加惯量盘的测试装置，具体是根据测试需求给电机加装不同转动惯量的惯量盘，即Ⅱ类装置；三是模拟用户具体工况的测试装置即Ⅲ类装置，具体是根据用户现场工况的特点，寻找类似的测试装置，比如滚珠丝杠、皮带轮等。Ⅰ类装置比较通用，但其价格往往比较昂贵，而且各种形式的测功机都有相应的局限性，比如电涡流制动器只能用于转矩输出与转速输出成正比的场合，不能测试低速大扭矩输出的电机；磁滞式测功机可以输出很高的转速，但是输出转矩有很大的局限；磁粉式测功机则与磁滞式的相反，可以输出很大的转矩但是一般只能运行在低速状态下，约1000rpm以下。Ⅱ类装置比较廉价，但是只适用于测试电机输出电磁转矩性能，只在启动和停止时具有比较大的输出转矩，因此只适用于专项测试，应用范围比较小；Ⅲ类装置相对也很昂贵，一般作为满足用户高级需求的特定测试。电机功能测试和性能测试的测试内容很多，如果进行完整的测试，往往需要研发单位购置整套的Ⅰ类装置、Ⅱ类装置和Ⅲ类装置，不仅价格十分昂贵，且测试项过多，相当耗费测试人员的时间和精力。

技术实现要素：

发明目的：本发明提供了一种新型电机控制性能测试系统，可大范围应用于电机功能和性能测试项，与现有性能测试系统相比具有设备廉价、节省测试人员时间与精力和测试精度较高的特点。

技术方案：一种电机控制性能测试系统，包括被测驱动器，被测电机，被测上位机，陪测驱动器，陪测电机，陪测上位机，联轴器，铸铁平台，安置被测电机的第一支架，安置陪测电机的第二支架，被测驱动器和陪测驱动器都与交流电网通过电线相连；被测驱动器与被测电机通过动力线相连；陪测驱动器与陪测电机通过动力线相连；被测驱动器与被测上位机通过通讯线缆相连；陪测驱动器与陪测上位机通过通讯线缆相连；安置被测电机的第一支架和安置被测电机的第二支架通过螺栓固定在铸铁平台上，被测电机通过螺栓紧固在第一支架上；陪测电机通过螺栓紧固在第二支架上；被测电机与联轴器通过螺栓紧固；陪测电机与联轴器通过螺栓紧固。

进一步的，被测上位机和陪测上位机中内置有测试模式选择模块以选择工作模式，所述工作模式包括本体测试模式、电流测试模式、速度测试模式、位置测试模式。

进一步的，所述本体测试模式下被测电机和被测驱动器工作在电流开环模式下，且陪测电机和陪测上位机处于伺服不使能的待工作状态。

进一步的，所述电流测试模式下被测电机和被测驱动器工作在位置开环、速度开环且电流闭环模式下，且陪测电机和陪测上位机处于伺服不使能的待工作状态。

进一步的，所述速度测试模式下被测电机和被测驱动器工作在位置开环、速度闭环且电流闭环模式下，且陪测电机和陪测上位机处于伺服不使能的待工作状态或者转矩控制模式的工作状态。

进一步的，所述位置测试模式下被测电机和被测驱动器工作在位置闭环、速度闭环且电流闭环模式下，且陪测电机和陪测上位机处于伺服不使能的待工作状态或者转矩控制模式的工作状态。

有益效果：

1、测试结构简单。本发明的电气连接方式与机械连接方式很简单，且均是现有技术领域内技术工程师熟悉的；测试模式选择通过上位机即可完成，不需要在变更测试指标后反复拆装设备的连接。

2、测试装置较少。与现有技术相比，本发明设计没有增加测试装置，且避免了测功机、电流钳测试仪、转矩传感器等高级设备的使用。

3、测试时间较短。本发明将测试模式选择模块在上位机中实现，测试人员只需使用上位机即可完成测试，不需要反复变更测试装置的连接情况，也不需要测试人员反复烧写控制程序。

附图说明：

图1为本发明的电气连接示意图，虚线框表示的测试模式选择模块是集成在被测上位机3和陪测上位机6中的功能模块；

图2为本发明的机械连接示意图；

图中，1-被测驱动器，2-被测电机，3-被测上位机，4-陪测驱动器，5-陪测电机，6-陪测上位机，7-联轴器，8-测试模式选择模块，9-铸铁平台，10-安置被测电机的第一支架，11-安置陪测电机的第二支架。

具体实施方式：

为了使本发明实施例的目的、技术方案和有点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明所保护的范围。

本发明所涉及的基本装置包括被测驱动器1、被测电机2、被测上位机3、陪测驱动器4、陪测电机5、陪测上位机6、联轴器7、测试模式选择模块8、铸铁平台9、安置被测电机的第一支架10和安置被测电机的第二支架11，第一支架和第二支架为L型。

所述被测驱动器1、被测电机2和被测上位机3是待测的装置。被测驱动器1作为动力装置，驱动被测电机2工作，被测上位机3主要完成为被测驱动器发送功能标志、传送参数、接受信号等功能。

所述陪测驱动器4、陪测电机5和陪测上位机6是自选的现有可靠的装置。

陪测驱动器4作为动力装置，驱动陪测电机5工作，陪测上位机6主要完成为陪测驱动器发送功能标志、传送参数、接受信号等功能。

所述联轴器7的作用是强制使得被测电机2和陪测电机5的转速和转矩相同。所述测试模式选择模块是集成在被测上位机3和陪测上位机6中的测试模式选择功能块，其作用是使得本发明可以实现四种模式的电机测试，该部分是本发明中的人机接口部分。

所述安置被测电机的第一支架10和安置被测电机的第二支架11的作用是稳固安置被测电机2和陪测电机5，保证本发明在具体实施时，机械部分是稳定且可靠的。

为了更好地阐述本发明的具体实施方式，下面以功率等级为800W的被测驱动器和被测电机为例来说明。选定陪测电机型号为EMJ-08A，陪测驱动器信号为PRONET-08，陪测上位机的版本为ESVIEW 2.0，联轴器型号为GH1-15，安置被测电机的L型支架、安置被测电机的L型支架与铸铁平台根据电机的尺寸定制。

本发明的电气连接方式如说明书附图中的图1所示，本发明的机械连接方式如说明书附图中的图2所示。

所述的电气连接方式是：被测驱动器1和陪测驱动器4都与交流电网通过电线相连；被测驱动器1与被测电机2通过动力线相连；陪测驱动器4与陪测电机5通过动力线相连；被测驱动器1与被测上位机3通过通讯线缆相连；陪测驱动器4与陪测上位机6通过通讯线缆相连；测试模式选择模块嵌入在被测上位机3与陪测上位机6之中。

所述的机械连接方式是：安置被测电机的第一支架10和安置被测电机的第二支架11通过螺栓紧固在铸铁平台上；被测电机2通过螺栓紧固在第一支架10上；陪测电机5通过螺栓紧固在第二支架11上；被测电机2与联轴器7通过螺栓紧固；陪测电机5与联轴器7通过螺栓紧固。

所述测试模式选择模块工作机理如下：

Mode1：本体测试模式。设置被测上位机3，使得被测电机和被测驱动器工作在电流开环模式下，直接给定电机电压。具体设置方法是选择上位机3的控制功能模式选择参数，这些参数是上位机3包含的基本参数，被测试模式选择模块所使用，选择参数中的“电流开环模式”，设置完成后电机的实际工作模式是电流开环，直接给定电机电压的模式；通过设置陪测上位机6，使得陪测电机和陪测上位机处于待工作状态，具体设置方法是在陪测上位机6中将陪测驱动器4的电机使能参数关闭；通过陪测上位机6读取和记录被测电机的速度、电流和电压波形；通过记录的速度、电流和电压波形，根据本体性能公式计算被测电机和被测驱动器的本体指标，所述的本体指标包括电机的机械时间常数、电机电阻值、电机电感值、电机转矩系数等。各本体指标的计算方法是行业内的公知知识，下面以电机的转矩系数为例，来说明本步骤如何实时：通过上位机3的设置给定被测电机2的电压为常值，此时被测电机2对应的电流曲线是渐进稳定的曲线，待电流曲线稳定后读取被测电机2的电流值I_稳，通过陪测上位机6读取陪测电机5的转矩值T_稳，被测电机的转矩系数指标为Kt＝T_稳/I_稳。

所述待工作状态是指驱动器上电，但是不给于任何控制指令的状态。

Mode2：电流测试模式。设置被测上位机3，使得被测电机和被测驱动器工作在位置开环、速度开环且电流闭环模式下，给定电机参考电流，具体设置方法是选择被测上位机3的控制功能模式选择参数，选择参数中的“转矩控制模式”，设置完成后电机的实际工作模式是电流闭环模式；通过设置陪测上位机4，使得陪测电机和陪测上位机处于待工作状态，具体设置方法是在陪测上位机6中将陪测驱动器4的电机使能参数关闭；通过陪测上位机6读取和记录被测电机的速度、电流和电压波形；通过记录的速度、电流和电压波形，查电机电压方程，计算被测电机和被测驱动器的电流控制性能。所述的电流控制性能一般指电机电流跟踪的超调量、上升时间和调节时间等控制指标。

电流上升时间的计算方法：t_p是电流从0到峰值所经历的时间。

电流超调量的计算公式为：[I(t_p)-I(∞)]/I(∞)*100％。I(t_p)是电流的峰值，I(∞)是电流的稳态值。

电流调节时间的计算方法：t_s是电流从0到进入稳态值5％误差带的时间。

Mode3：速度测试模式。设置被测上位机3，使得被测电机和被测驱动器工作在位置开环、速度闭环且电流闭环模式下，给定电机参考速度；通过设置陪测上位机4，使得陪测电机和陪测上位机处于待工作状态或转矩控制模式，“待工作状态”的具体设置方法是在陪测上位机4中将陪测驱动器4的电机使能参数关闭，“转矩控制模式”的具体设置方法是在陪测上位机6中将陪测驱动器4的电机使能参数打开，并且在陪测上位机6的控制功能模式选择参数，选择参数中的“转矩控制模式”；通过陪测上位机6读取和记录被测电机的速度、电流和电压波形；通过记录的速度、电流和电压波形，查电机速度方程，计算被测电机和被测驱动器的速度控制性能。所述的速度控制性能一般指电机速度跟踪的超调量、上升时间、调节时间和加载后的速度波动量等控制指标。

所述转矩控制模式，是指现有伺服产品中输入转矩指令信号的一种工作模式。

速度上升时间的计算方法：t_p是电流从0到峰值所经历的时间。

速度超调量的计算公式为：[ω(t_p)-ω(∞)]/ω(∞)*100％。ω(t_p)是速度的峰值，ω(∞)是速度的稳态值。

速度调节时间的计算方法：t_s是电流从0到进入稳态值5％误差带的时间。

加载后的速度波动量：被测电机加载后，速度偏离稳态值ω(∞)的大小。加载通过陪测电机实现。

Mode4：位置测试模式。设置被测上位机3，使得被测电机和被测驱动器工作在位置闭环、速度闭环且电流闭环模式下，给定电机参考位置，具体设置方法是选择上位机3的控制功能模式选择参数，选择参数中的“位置控制模式”，设置完成后电机的实际工作模式是位置闭环模式；通过设置陪测上位机4，使得陪测电机和陪测上位机处于待工作状态或转矩控制模式；通过陪测上位机6读取和记录被测电机的位置、速度、电流和电压波形；通过记录的位置、速度、电流和电压波形，查电机位置方程，计算被测电机和被测驱动器的位置控制性能。所述的位置控制性能一般指电机位置跟踪的超调量、上升时间、调节时间和加载后的位置波动量等控制指标。

位置上升时间的计算方法：t_p是电流从0到峰值所经历的时间。

位置超调量的计算公式为：[p(t_p)-p(∞)]/p(∞)*100％。p(t_p)是位置的峰值，p(∞)是位置的稳态值。

位置调节时间的计算方法：t_s是位置从0到进入稳态值5％误差带的时间。

加载后的速度波动量：被测电机加载后，位置偏离稳态值p(∞)的大小。加载通过陪测电机实现。

所述测试模式Mode1～4是较完整的电机控制性能测试项，测试人员可以根据测试需求选择进行全部或部分的测试模式。

为了说明测试人员如何根据测试需求选择测试模式，以目前技术领域内最常测试的电机本体特性、频带宽度、速度跟随性、静刚度和位置跟随误差五大机械行业指标说明测试模式选择方法。

电机本体特性是电机在直接输入电压指令时，反映出来的基本特性。所以选择Mode1本体测试模式。

频带宽度是指电机负载在正反向快速变化时，电机驱动器对电机的控制时间响应，即电机控制器的带宽。所以选择Mode2电流测试模式。

速度跟随性是电机在输入速度指令时，反馈速度跟随速度指令的特性。所以选择Mode3速度测试模式。

静刚度是电机在负载转矩变化时速度曲线的波动测试。所以选择Mode3速度测试模式。

位置跟随误差是电机在输入位置指令时，反馈位置跟随位置指令的特性。所以选择Mode4位置测试模式。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。