本发明涉及在线测试系统，特别涉及一种传动机构的在线测量系统。
背景技术：
随着节能减排以及工业装备自动化要求的不断提高，市场要求传动设备具有更高效的节能、更优秀的调速性能、更加智能化的产品。大容量、高效率、高可靠和智能化已经成为传动设备市场的发展方向。作为传动设备的研发设计人员，工程师们需要一套完善的工具，从设计开发到定型生产的各个阶段，调试和验证电路及执行机构参数。如控制总线技术，快速响应，转换效率等测试，实现动力电源组、电动机和电机驱动器的参数优化匹配，完成自动化辅助设计、生产、检测成为了非常重要的手段。
虽然动力电源组、工业电动机和电机驱动器的测试技术已经非常成熟,，但不能够直接满足于现代传动系统动力系统的研发要求；
现代传动系统动力要求不同于传统的工业传动系统需求，其工况状态更复杂，控制参数变化范围大，要求具有动态响应速度快，控制精确度高；现代传动系统对电机及控制器效率要求较高，要求能源得到充分利用；当前的电机及控制器的计算机辅助设计软件与普通电机测试平台或驱动器测试平台基本属于开环和各自为战状态，对于传动系统设计要求的电机设计与控制器设计的一体化耦合性不高。
技术实现要素：
本发明提供一种传动机构的在线测量系统，以解决现有技术中存在的上述技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种传动机构的在线测量系统，电机测试装置，用于与被测电机连接并驱动被测电机转动，并实时监测被测电机的运行状态；动力控制系统，用于控制所述电机测试装置和被测电机动作；以及数据处理系统，包括数据采集模块和上位机，所述上位机通过所述数据采集模块与所述电机测试装置连接，控制所述动力控制系统动作，同时对采集到的数据进行计算、处理和仿真模拟。
作为优选，所述电机测试装置包括铸铁底板平台、安装在铸铁底板平台上的负载电机、转矩转速传感器、第一温度传感器和霍尔编码器，其中，所述第一温度传感器和霍尔编码器安装在所述被测电机上并与所述数据采集模块连接，所述负载电机通过联轴器以及转矩转速传感器与被测电机连接，所述负载电机和被测电机均通过电机安装支架固定在所述铸铁底板平台上，所述铸铁底板平台通过可调垫脚装置固定在地面上。
作为优选，所述可调垫脚装置包括：上层滑动平台、下层滑动平台、调节螺栓和螺母，其中，所述上层滑动平台和下层滑动平台为均为楔形，且两者的斜面相互接触并形成水平支撑平台，所述螺母与所述上层滑动平台固接，所述调节螺栓设置于下层滑动平台中，且一端与所述螺母螺纹连接，另一端伸出所述下层滑动平台，所述下层滑动平台中还设有与所述螺母对应的滑道。
作为优选，所述上层滑动平台的表面和下层滑动平台的底面分别铺设有橡胶层。
作为优选，所述动力控制系统包括：用于驱动负载电机的负载驱动器、用于驱动被测电机的被测驱动器、与所述负载驱动器连接的第一可控整流单元、与所述被测驱动器连接的第三可控整流单元、通过可调变压器与所述第三可控整流单元连接的第二可控整流单元，设置在被测驱动器与第三可控整流单元之间的第一直流接触器，设置在第二可控整流单元与负载驱动器之间的第二直流接触器以及第三直流接触器，所述第三直流接触器的一端连接至被测电机与第一直流接触器之间，另一端连接至负载电机与第一可控整流单元之间。
作为优选，所述动力控制系统还包括总隔离开关和电容器，所述总隔离开关的一端连接至所述第一可控整流单元，另一端连接至外网电源，所述电容器位于所述第一可控整流单元与负载驱动器之间并且与所述第一可控整流单元并联。
作为优选，所述动力控制系统还包括与数据采集模块连接的第二温度传感器、第三温度传感器和电压电流探测器，其中，所述第二温度器安装在所述负载驱动器上，所述第三温度传感器安装在所述被测驱动器上，所述电压电流探测器安装在被测驱动器与被测电机之间的电路上。
作为优选，所述负载电机的额定转矩为被测电机额定转矩的2倍以上，所述负载驱动器的额定功率为被测负载额定功率的2倍以上。
作为优选，所述上位机中设置有组态控制模块、实时数据处理模块和数据库，其中，所述组态控制模块通过通讯组件与动力控制系统通信，所述实时数据处理模块与所述数据采集模块以及数据库分别连接。
作为优选，还包括电机设计模块和控制计算仿真模块，所述电机设计模块与所述实时数据处理模块通讯，所述控制计算仿真模块与所述数据库连接。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、所述电机测试装置通过设置铸铁底板平台，并在铸铁底板平台底部设置可调垫脚装置，电机测试装置在安装时，不需要对地面基建进行特殊处理，只要把可调垫脚装置平放于地面上，再将铸铁底板平台放到可调垫脚装置上，通过调节所述可调垫脚装置就可以非常方便调节铸铁底板平台安装平面的水平度，操作方便且结构简单。所述电机测试装置还采用非接触式高精度的转矩转速传感器，通过联轴器将负载电机与被测电机连接为一体，负载电机的额定转矩大于被测电动机额定转矩二倍以上，可以确保有效设定和调节负载的能力。
2、动力控制系统的主回路采用多个可控整流单元，使得负载驱动器与被测驱动器的供电工作处于直流母线供电模式，利用电动机的工作特性，使发电产生的能源返回直流母线回路，具有显著的节能效果，并能有效可靠的确保测试设备的安全。负载驱动器的额定功率大于被测驱动器额定功率二倍以上，以确保有效设定和调节负载的能力。
3、数据采集模块和各种类型传感器均能够满足计量级精度要求，精度高，数据准确性高。
4、为满足不同行业对传动系统的要求，如升降起重，金属冶炼，机械加工，汽车运输等，数据处理系统可以按照行业测试标准或客户定制要求以及现场采集负载的转矩、速度、加速度数据，虚拟真实环境的动态负载特性。
5、实测数据导入电机设计模块，可以为电机设计的材料选用，工艺参数确定提供有效帮助，提高电动机的设计效率。
6、实测数据导入控制计算仿真模块，利用其强大的数学处理能力，根据负载特性建立驱动器控制策略模型，快速调整和确认控制控制参数。
7、本发明通过数据采集模块中的实时数据处理模块，得到的电机T型等效电路图参数，是电动机与驱动器合为一体化的纽带，使得控制计算仿真模块可以利用真实环境的负载数据实现硬件在环仿真设计，提高传动控制的研发速度和效率。
附图说明
图1为本发明中传动机构的在线测量系统的结构原理图；
图2为本发明中电机测试装置的结构示意图；
图3为本发明中可调垫板装置的剖面示意图；
图4为本发明中动力控制系统的结构示意图；
图5为本发明中可控整流单元的结构示意图。
图中所示：1-电机测试装置、2-动力控制系统、3-数据处理系统；
11-铸铁底板平台、13-联轴器、14-转矩转速传感器、15-电机安装支架、16-可调垫脚装置、161-上层滑动平台、162-下层滑动平台、163-调节螺栓、164-螺母、165-橡胶层。
图4-5中所示：QS-总隔离开关、R1-第一可控整流单元、R2-第二可控整流单元、R3-第三可控整流单元，C-电容器、D1-负载驱动器、D2-被测驱动器、M1-负载电机、M2-被测电机、KM1-第一直流接触器、KM2-第二直流接触器、KM3-第三直流接触器、T-可调变压器。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。需说明的是，本发明附图均采用简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1所示，本发明提供一种传动机构的在线测量系统，包括：电机测试装置1、动力控制系统2和数据处理系统3，其中，所述电机测试装置1用于与被测电机4连接并驱动被测电机4转动，并实时监测被测电机4的运行状态；所述动力控制系统2用于控制所述电机测试装置1和被测电机4动作；所述数据处理系统3与所述电机测试装置1连接，控制所述动力控制系统2动作，同时对采集到的数据进行计算、处理和仿真模拟。
如图2所示，所述电机测试装置1包括：铸铁底板平台11和安装在铸铁底板平台11上的负载电机12。其中，所述负载电机12通过联轴器13以及转矩转速传感器14与被测电机17连接，所述负载电机12和被测电机17均通过电机安装支架15固定在所述铸铁底板平台11上，所述铸铁底板平台11通过可调垫脚装置16固定在地面上。具体地，本发明采用负载电机12通过联轴器13和转矩转速传感器14与被测电机17连接为一体，进而可以带动被测电机17转动，从而测试此过程中被测电机17的状态。进一步的，所述被测电机17上设置有第一温度传感器和霍尔编码器，其中，所述第一温度传感器用于测量被测电机17的温度，所述霍尔编码器与所述转矩转速传感器14连接，用于接收转矩转速传感器14的信号，并将该信号转换为脉冲信号传递出去。
请重点参照图3，所述可调垫脚装置16包括：上层滑动平台161、下层滑动平台162、调节螺栓163和螺母164，其中，所述上层滑动平台161和下层滑动平台162为均为楔形，且两者的斜面相互接触并形成水平支撑平台，所述螺母164与所述上层滑动平台161固接，所述调节螺栓163设置于下层滑动平台162中，且一端与所述螺母164螺纹连接，另一端伸出所述下层滑动平台162，所述下层滑动平台162中还设有与所述螺母164对应的滑道。具体地，在安装时，只需要转动调节螺栓163，便可以使上层滑动平台161与下层滑动平台162相对滑动，进而调节铸铁底板平台11。本实施例中，当顺时针转动调节螺栓163时，上层滑动平台161会沿着下层滑动平台162的斜面向左边滑动，使整体的可调垫脚装置16高度升高；反之，逆时针转动调节螺栓163时，上层滑动平台161会沿着下层滑动平台162的斜面向右边滑动，使整体的可调垫脚装置16高度降低。因此，本发明的电机测试装置1在安装时，不要对地面基建进行特殊处理，只要把可调垫脚装置16平放于地面上，再将铸铁底板平台11放到可调垫脚装置16上就可以非常方便调节铸铁底板平台11安装平面的水平度。进一步的，所述可调垫脚装置16设置有六组，分别位于所述铸铁底板平台11的四个拐角处以及中部两侧，便于对铸铁底板平台11进行全面支撑和调节。
请继续参照图2和图3，所述上层滑动平台161的表面和下层滑动平台162的底面分别铺设有橡胶层165。也即是说，所述可调垫脚装置16不仅可以水平调节铸铁底板平台11，还可以减震，避免地面的振动对负载电机12和被测电机17造成影响。进一步的，所述橡胶层165的厚度为6～15mm。
需要说明的是，为了对负载电机11进行有效设定，同时确保被测电机17的加载效果，所述负载电机12的额定转矩需为被测电机12额定转矩的2倍以上。
如图4和图5所示，本发明的动力控制系统2，包括：用于驱动负载电机M1的负载驱动器D1、用于驱动被测电机M2的被测驱动器D2、与所述负载驱动器D1连接的第一可控整流单元R1、与所述被测驱动器D2连接的第三可控整流单元R3以及与所述第三可控整流单元R3连接的第二可控整流单元R2。进一步的，该动力控制系统还包括第一直流接触器KM1、第二直流接触器KM2和第三直流接触器KM3，其中，所述第一直流接触器KM1设置在被测驱动器D2与第三可控整流单元R3之间，所述第二直流接触器KM2设置在第二可控整流单元R2与负载驱动器D1之间，所述第三直流接触器KM3的一端连接至被测电机D2与第一直流接触器KM1之间，另一端连接至负载电机D1与第一可控整流单元R1之间。由此可知，所述动力控制系统2中，所述负载驱动器D1与被测驱动器D2采用共直流母线的方式运作，从而节省了大量的测试中使用的电能，可以根据实际行业的使用要求及现场采集的负载数据，实时模拟动态的改变负载的快速变化。当面对不同电压等级的电机和电机驱动器测试的时候，不需要改变供电外网的供电电压。并且可控整流单元还可以有效的保护负载驱动器D1和被测驱动器D2的安全使用。
请继续参照图4和图5，所述第一直流接触器KM1和第二直流接触器KM2为连锁逻辑关系，所述第一直流接触器KM1和第二直流接触器KM2与所述第三直流接触器KM3为互锁逻辑关系。也即是说，当第三直流接触器KM3合闸时，所述第一直流接触器KM1和第二直流接触器KM2处于分闸状态，当第三直流接触器KM3分闸时，所述第一直流接触器KM1和第二直流接触器KM2处于合闸状态，如此可以根据被测电机M2和被测驱动器D2的额定电压与外网供电电压之间的关系，调整各可控整流单元的工作模式。
作为优选，所述第二可控整流单元R2与第三可控整流单元R3之间还设置有可调变压器T，所述可调变压器T用于调整原边和副边的交流电压，也即是调整第二可控整流单元R2与第三可控整流单元R3的交流端的电压。
继续参照图4，所述动力控制系统2还包括总隔离开关QS和电容器C，所述总隔离开关QS的一端连接至所述第一可控整流单元R1，另一端连接至外网电源，所述电容器C位于所述第一可控整流单元R1与负载驱动器D1之间并且与所述第一可控整流单元R1并联，用于进行直流母线储能。
请重点参照图5，所述第一可控整流单元R1、第二可控整流单元R2、第三可控整流单元R3均包括：无源滤波器和与所述无源滤波器连接的能量转换器。具体地，所述无源滤波器为CLC三相无源滤波器，其包括依次安装在三相电路上三个电容器C1、C2和C3，电感器L1、L2和L3以及电容器C4、C5、C6，起到对三相交流电的滤波作用。所述能量转换器包括三相电抗器L4、L5、L6和由6个IGBT(Q1～Q6)组成的三相桥式结构。实现网侧三相交流电Ua、Ub、Uc与直流母线侧P、N之间的能量可逆互换。无论是在整流状态还是在逆变状态下都是通过IGBT开关状态的切换来实现直流电源变交流电源或交流电源变直流电源的功能，因此无论是在整流还是在逆变状态下，可控整流单元的交流网侧电流都是谐波很少的正弦波，功率因数接近于1，大大减小了对电网的干扰。
继续参照图4和图5，下面详细说明本发明的动力控制系统2的工作过程：
所述动力控制系统2根据被测电机M2及被测驱动器D2的额定电压等级分为两种工作模式：
一种是：当被测电机M2及被测驱动器D2的额定电压与外网供电电压相同时，此时第一可控整流单元R1工作在整流模式，第一直流接触器KM1和第二直流接触器KM2分闸，第三直流接触器KM3合闸，使得被测驱动器D2与负载驱动器D1处于共直流母线工作模式。
当总隔离开关QS合闸后，第一可控整流单元R1处于整流工作模式，整流后的直流电能通过第三直流接触器KM3，使被测驱动器D2与负载驱动器D1处于共直流母线工作模式。
由于负载电机M1工作在电机的四象限工作区间，而被测电机M2工作在与负载电机M1相反的四象限工作区间，使得在测试中因机械能与电能转换所产生的电能可以在共直流母线中循环，可以节省在测试时使用的电能。
另外一种是：当被测电机M2及被测驱动器D2的额定电压与外网供电电压不相同时，第一可控整流单元R1工作在整流模式，第一直流接触器KM1和第二流接触器KM2合闸，第三流接触器元KM3分闸，第二可控整流单元R2通过可调变压器T与第三可控整流单元R3连接，从而形成与负载驱动器D1处于共直流母线工作模式。因此，在此模式工作时，只要更换第二可控整流单元R2和第三可控整流单元R3，使第二可控整流单元R2和第三可控整流单元R3的额定使用电压等级与被测电机M2及被测驱动器D2额定电压等级相同，并通过对第一直流接触器KM1、第二流接触器KM2、第三流接触器元KM3进行来回切换，可以满足从110Vac/220Vac/380Vac/660Vac/1140Vac等不同电压等级的测试需求。
当总隔离开关QS合闸后，第一可控整流单元R1处于整流工作模式，整流后的直流电能通过第二直流接触器KM2逆变后，经过可调变压器T改变电压，经过第一直流接触器KM1和第三可控整流单元R3与被测驱动器D2形成间接共直流母线电压，节能的效果同第一种模式。
需要说明是，为确保被测驱动器D2的加载效果，负载驱动器D1的额定功率必须大于被测驱动器D2额定功率的二倍以上。由于负载电机M1和被测电机M2通过联轴器相连为一体，负载电机M1的额定转矩为被测电机M2额定转矩的二倍以上。
请参照图1，所述数据处理系统3包括上位机31和数据采集模块32，其中，所述数据采集模块32与所述第一温度传感器、霍尔编码器、安装在所述负载驱动器D1上的第二温度传感器、安装在所述被测驱动器D2上的第三温度传感器以及安装在被测驱动器D2与被测电机M2之间的电路上电压电流探测器分别连接，从而获取负载电机M1、被测电机M2、负载电机D1、被测驱动器D2的运行信息，并传递给上位机31，由上位机31进行数据处理和控制计算仿真，并发出控制指令。
具体地，所述上位机31中设置有组态控制模块、实时数据处理模块、数据库、电机设计模块和控制计算仿真模块，其中，所述组态控制模块通过通讯组件与动力控制系统通信，所述实时数据处理模块与所述数据采集模块以及数据库分别连接，所述电机设计模块与所述实时数据处理模块通讯，所述控制计算仿真模块与所述数据库连接。
所述通讯组件优选CANOpen和RS485通讯组件。所述组态控制模块用于通过通讯组件，将可编程的转矩、转速、转向信号作为实时动态模拟负载指令发送给负载驱动器D1并接收负载驱动器D1的运行状态消息；将运行指令发送给被测驱动器D2，同时接收被测驱动器D2的运行状态消息。同时给第一可控整流单元R1、第二可控整流单元R2和第三可控整流单元R3发送控制指令并监控其工作状态。
所述实时数据处理模块通过数据采集模块32与上述的各个传感器，将各种电气信号如三相交流电压、三相交流电流、直流母线电压、直流母线电流及机械物理量如温度、转矩、转速、加速度等数据进行实时采集处理，并将采集的数据分类整理，通过上位机进行实时显示，同时保存于数据库作历史分析；所述实时数据处理模块可以按照不同的磁场定向控制(FOC)建模理论建立电机的T型等效电路模型图，并且将保存于数据库或实测的数据导入到电机设计CAD软件如AnSoft中，为电机优化设计提供实测数据源，提高电机设计的速度和效率；可以将保存于数据库或实测的数据导入到控制计算仿真模块例如MATLAB/SIMULINK仿真软件中，可以对负载驱动器D1和被测驱动器D2的控制策略模型进行实时评估，可以快速的对控制参数进行整定。
当然，动力控制系统2中的所述总隔离开关QS、第一可控整流单元R1、第二可控整流单元R2、第三可控整流单元R3、负载驱动器D1及被测驱动器D2的工作指令均由所述上位机31控制，具体由上位机31的组态控制模块控制，并返回工作状态和工作参数数据。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。