本发明属于测试系统技术领域，具体涉及一种动态可变负载的电动缸性能实时测试系统。
背景技术：
电动缸为电机与直线位移传动机构的紧凑结合体。电机分为内置电机和外置电机，直线位移机构分为滚珠丝杠和滚柱丝杠位移传动机构，电机与直线位移结构的连接方式分为皮带、联轴节及其他方式。
不同电动缸的性能不一。电动缸静态指标包括输出推力、输出拉力、定位误差、重复定位精度、反向间隙、允许速度、加速度、刚度、有效行程等。而实际工作中，电动缸一般是在不同负载下动态运行，因此测量电动缸在可变负载下的动态指标尤为重要，如变负载下的相应速度，加速度，位置精度。
现有技术中，电动缸的性能测试系统，主要采用恒定负载力的方式，如在电动缸上固定确定重量的重力块，然后在该恒定负载下，进行电动缸的性能测试，这些测试系统主要有以下几项缺点：
1、测试项单一，只是单独对某一项指标推拉力，持久性进行检测；
2、负载不能动态改变，只能通过手动拆卸更换，改变负载重量；
3、无法在线测试不同加载情况下的动态精度指标。
技术实现要素：
本发明的目的在于设计一种动态可变负载的电动缸性能实时测试系统，以解决现有技术中电动缸性能测试系统测试项单一，不能实时测量且不能在线测试不同负载情况下的性能指标的问题。
本发明采用以下技术方案来解决上述问题。
一种动态可变负载的电动缸性能实时测试系统，包括电机驱动器、电机、减速箱、直线位移机构、弹簧、加载力装置、位移传感器、连接装置、电动缸、编码器、上位机、控制采集系统和电动缸驱动器；
所述连接装置连接加载力装置与电动缸，及位移传感器与电动缸；
所述加载力装置的量程不小于电动缸的量程，所述滚珠丝杠的行程不小于电动缸的行程，所述位移传感器的形成不小于电动缸的行程；
所述上位机发送实时工作指令给电机驱动器和控制采集系统，电机驱动器驱动电机转动，电机的转动力矩经过减速箱减速后，驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠将电机的转动力矩转换为滚珠丝杠的直线位移，弹簧将滚珠丝杠的直线位移转换为加载力，加载力装置将加载力输出到电动缸的输出轴上并测量加载力大小，位移传感器测量电动缸的轴向运动位移，控制采集系统采集加载力装置加载在电动缸的输出轴上的加载力和位移传感器测量的电动缸的轴向运动位移并传输至上位机中；
控制采集系统根据上位机的工作指令，控制电动缸驱动器驱动电动缸，编码器测量电动缸的位置数据，并将电动缸的位置数据反馈回电动缸驱动器，电动缸驱动器将电动缸的位置数据传输至控制采集系统，控制采集系统接收电动缸驱动器传输的位置数据并传输至上位机中；
上位机接收控制采集系统传输的加载力的数据、位移数据和位置数据，根据加载力的数据、位移数据和位置数据计算电动缸的性能指标。
进一步的，所述性能指标为输出推力、输出拉力、定位精度、允许速度、加速度、刚度、有效行程和不同负载下的定位精度。
进一步的，所述加载力装置为loadcell。
进一步的，所述位移传感器为接触式位移传感器。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明的电动缸测试系统可以测量电动缸的多项静态指标，包括输出推力、输出拉力，定位误差，重复定位精度，反向间隙，允许速度，加速度，刚度，有效行程。
2、本发明的电动缸测试系统通过同时改变负载力及电动缸位移，可以测量电动缸的在不同负载下的动态性能指标。
3、本发明的电动缸测试系统可对电动缸施加负载力和电动缸位移进行实时监测。
4、本发明的电动缸测试系统可通过上位机动态改变施加负载力和电动缸位移。
5、本发明的电动缸测试系统适用于各类电动缸性能指标测量，具有广泛的通用性。
附图说明
图1为本发明的动态可变负载的电动缸性能实时测试系统组成图；
图中，1、电动缸，2、连接装置，3、加载力装置，4、位移传感器，5、电机，6、减速箱，7、滚珠丝杠，8、弹簧，9、控制采集系统，10、电机驱动器，11、上位机，12、电动缸驱动器，13、编码器。
具体实施方式
为了更将本发明的技术方案及优点介绍的更加清楚，以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，一种动态可变负载的电动缸性能实时测试系统，包括电机驱动器10、电机5、减速箱6、直线位移机构7、弹簧8、加载力装置3、位移传感器4、连接装置2、电动缸1、编码器13、上位机11、控制采集系统9和电动缸驱动器12。
加载力装置3和位移传感器4安装在电动缸1的输出端，均通过连接装置与电动缸1连接。加载力装置3测量加载到电动缸1的输出推拉力，位移传感器4测量电动1的运动位移，加载力装置3选用s型的推拉力传感器，通常为loadcell3，传感器有个零点，在被压缩的时候为压力，在被拉伸的时候为推力。位移传感器4通常为接触式直线位移传感器，如接触式绝对式长度计。为实现全量程测量，加载力装置3量程要不小于电动缸1的量程，位移传感器4的量程要不小于电动缸1的行程。连接装置的结构没有特殊限制，可以实现上述连接即可，本领域技术人员可以根据需要设计。
上位机13发送实时指令控制电机5和电动缸驱动器12工作。输出推拉力可以通过电机5的运动而改变，电动缸1的位移可以通过控制电动缸12运动测量。
电机驱动器10、电机5、减速箱6、滚珠丝杠7、弹簧8、加载力装置3依次连接，电机驱动器10驱动电机5转动，电机5选用步进电机，电机5的转动力矩经过减速箱6减速后，驱动滚珠丝杠7，减速箱6的作用为增加电机的输出能力，可以在选用较小输出驱动能力电机的实现大驱动力输出，同时可以增加直线位移的输出分辨力；滚珠丝杠7将电机5的转动力矩转换为滚珠丝杠7的直线位移，滚珠丝杠7的行程要不小于电动缸1的行程，弹簧8将滚珠丝杠7的直线位移转换为加载力，加载力装置3将加载力输出到电动缸1的输出轴上并检测输出力的大小。
设电机5运动角度为ω，电机的最小输出角度为ωmin减速箱的减速比为a,滚珠丝杠7的螺距为l0，弹簧8的刚度为k，输出力装置3的输出力为fload，最大输出力为fmload，电动缸1的最大承载力为fmax，最小输出位移为xdmin。则当步进电机5的输出角度为ω时，loadcell3上的输出力为如式(1)：
fload＝k(ω/2πa)l0(1)
同时要满足输出力fload≤fmload和fmload≤fmax。
由此可知改变电机5的运动角度便可以实现增加在电动缸1上的负载力。上位机11发送电机5控制角度和角速度的实时工作指令即可。
电动缸驱动器12驱动电动缸1工作，带动电动缸1内部的滚柱丝杠结构实现电动缸位移运动，编码器13测量电动缸1的位置数据，并将电动缸1的位置数据传输至电动缸驱动器12，控制采集系统9接收电动缸驱动器12传输的位置数据，实现对电动缸1内置电机的闭环控制。电动缸驱动器12可以采用永磁同步电机驱动器，包括位置环，速度环，电流环，通过控制采集模块9可以对电动缸驱动器12三环控制方式进行实时切换。电动缸驱动器12可以采用永磁同步电机驱动器，包括位置环，速度环，电流环，通过控制采集模块9可以对电动缸驱动器12三环控制方式进行实时切换。
控制采集系统9采集加载力装置3加载在电动缸1的输出轴上的加载力和位移传感器4测量的电动缸1的轴向运动位移，传输至上位机11中，并接收电动缸驱动器12传输的位置数据。
控制采集系统9选用高精度24bit的a/d采集模块，可以保证采集的位置值和输出力值得分辨率及精度。设位移传感器4的量程为xmax，则位移传感器4和加载力装置3的采集分辨率为如式(2)：
xmin＝xmax/(224)
fminload＝fmload/224(2)
同时满足fminload≤k(ωmin/2πa)l0和xmin＝xdmax，以保证能分辨出输出的最小分辨率和最小分辨位移。
上位机1接收控制采集系统9传输的加载力的数据、位移数据和位置数据，根据加载力的数据、位移数据和位置数据计算电动缸1的性能指标，如输出推力、输出拉力、定位精度、允许速度、加速度、刚度、有效行程和不同负载下的定位精度，实现指令发送及实时监测作用。