小型双输入减速机构测试系统的制作方法

本发明涉及一种小型双输入减速机构测试系统，属于减速机构测试系统技术领域。

背景技术：

小型双输入减速机构常用于调整航天飞行器的运动，其工作可靠性直接影响飞行器的安全及稳定性，因此采用双输入电机驱动代替单输入的动力机构，实现当某电机驱动出现故障时，仍能保持正常工作。双输入减速机构在装机使用前需要进行性能测试机工作稳定性测试。

双电机共同驱动的控制方法常采用两台电机控制器，并辅导适当的控制算法，双电机共同驱动的目的，如中国专利申请号：CN201510783763.2，申请日：2015年11月16日，专利名称为：双电动机驱动系统的控制器设计方法，该发明提供一种双电动机驱动系统的同步控制方案，通过建立双电机驱动驱动系统的数学模型，基于该数学模型，设计了分散式鲁棒全闭环模糊分段同步控制。

减速机在测试过程中需要模拟现实负载，目前采用较多的方法是采用磁粉制动器与减速机输出轴相连，改变磁粉制动器的直流电源电流，达到改变制动力矩的目的，如中国专利申请号：CN201220313813.2，申请日：2012年7月2日，专利名称为：减速机性能测试系统，该发明提供一种减速机性能测试系统，输入转矩转速测试传感器的一侧端与原动机测试器相连接，输入转矩转速测试传感器的另一侧端设有被测减速机输入联轴器，输出转矩转速测试传感器的一侧端与磁粉制动测试器相连接，实现对减速机的性能测试。

利用双电机及两台电机控制器再辅以适当算法能够完成双输入减速机的驱动控制，不足之处在于硬件系统组成和控制算法较为复杂，调试工作量大。

磁粉制动器常用于减速机的加载试验系统中，这种加载方式的不足之处在于，在加载过程中，能量以发热的方式消耗，且成本较高。

技术实现要素：

为了解决上述不足，本发明提供了一种小型双输入减速机构测试系统。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明是一种小型双输入减速机构测试系统，包括计算机、接口转换器、数据采集器、电机控制器一、电机控制器二、电机一、电机二、加载电机、直流电源、双输入减速机也就是被测对象、升速齿轮箱、转矩传感器一、转矩传感器二、转矩传感器三等；所述的计算机通过数据采集器实时采集转矩传感器一、转矩传感器二、转矩传感器三的转矩值，同于双输入减速机的传动效率计算；所述的计算机还通过接口转换器与电机控制器一、电机控制器二实现通讯功能，并完成对电机控制器一、电机控制器二的运行控制；电机控制器一实现电机一和电机二的转动控制；电机一通过转矩传感器一、电机二通过转矩传感器二分别连接到双输入减速机的两个输入轴；双输入减速机的输出轴通过转矩传感器三与升速齿轮箱的输入轴相连，带动升速齿轮箱转动；升速齿轮箱的输出与加载电机轴相连，带动加载电机转动；所述的接口转换器是两种接口之间的转换装置；所述的数据采集器是计算机用于采集转矩传感器一、转矩传感器二、转矩传感器三的转矩值。

本发明的进一步改进在于：升速齿轮箱的升速比与双输入减速机的升速比相等。

本发明的进一步改进在于：电机控制器一和电机控制器二为两个相同的直流电机控制器，电机控制器一和电机控制器二的额定电压与直流电源电压相同。

本发明的进一步改进在于：电机一、电机二为两个相同的直流电机，电机一、电机二的额定电压为直流电源电压的1/2；电机一、电机二的功率和与电机控制器一相匹配，电机一、电机二具备测速机；测速机在额定速度时的输出电压与电机控制器一的测速反馈额定输入范围相匹配。

本发明的进一步改进在于：加载电机为直流电机，加载电机的额定电压为直流电源电压；加载电机带有测速机，测速机在额定速度时的输出电压与电机控制器二的测速反馈额定输入范围相匹配。

本发明的进一步改进在于：直流电源、电机控制器一、电机控制器二、电机一、电机二的连接关系为：直流电源的(+)端、电机控制器一电源输入(+)端、电机控制器二电源输入(+)端连接在一起；直流电源的(-)端、电机控制器一电源输入(-)端、电机控制器二电源输入(-)端连接在一起；电机控制器一的电机控制输出端子M1与电机一绕组(+)端相连；电机一绕组(-)端与电机二绕组(+)端相连；电机二绕组(-)端与电机控制器一的电机控制输出端子M2相连；为方便调整测速机反馈电压，特别在电机控制器一的测速反馈端子与测速机之间设置两个电阻（R1、R2）,具体连接关系为：电机控制器一的测速反馈端子S1、电阻R1的一端、电阻R2的一端连接在一起；电阻R1的另一端与电机一测速机的(+)端相连；电机一测速机的(-)端与电机二测速机(+)端相连；电机二测速机(-)端、电阻R2的另一端、电机控制器一的测速反馈端子S2连接在一起，依据测速反馈电压和电机控制器一的测速反馈输入范围，适当调整电阻R1、R2值，使测速反馈电压和电机控制器一的测速反馈输入相匹配；电机控制器二的电机控制输出端子M1与加载电机绕组(+)端相连；电机控制器二的电机控制输出端子M2与加载电机绕组(-)端相连；电机控制器二的测速反馈端子S1与加载电机测速机的(+)端相连；电机控制器二的测速反馈端子S2、加载电机测速机的(-)端相连。

本发明的小型双输入减速机构测试系统，工作原理为：设置了转矩传感器一、转矩传感器二、转矩传感器三，分别用于测量双输入加减速输入转矩和输出转矩，可精确测量双输入加减速的传动效率；将电机控制器一和电机控制器二的电源线并联，电机控制器一控制电机一、电机二控制双输入减速机转动，电机控制器二控制加载电机加载，此时加载电机工作状态为发电机状态，并由电机控制器二控制加载转矩的大小，同时电机二的发电通过电机控制器二回馈到直流电源输出侧，可供电机控制器一使用，依据能量守恒定律，直流电源仅需提供双输入减速机传动损耗的功率，因而测试系统具备节能功能；电机一绕组、电机二绕组串联等效为一台电机，电机一测速机、电机二测速机串联等效为一个测速机，这种方法两个电机绕组中的电流大小相等，因而输出转矩相等，实现两个电机共同驱动的目的，简化转矩均衡控制方法，同时节省一台电机控制器。

一种小型双输入减速机构测试系统，所完成的测试项目包括：

1)传动效率；

2)启动性能测试；

所述传动效率测试方法是：计算机通过接口转换器设置电机控制器一的速度，待双输入减速机到达设定速度后，计算机通过接口转换器设置电机控制器二的加载转矩，稳态运行后计算机通过数据采集器读取转矩传感器一、转矩传感器二、转矩传感器三的实际值，计算当前速度下的双输入减速机的传动效率。

所述启动性能测试用于在预先加载的情况，测试整个测试系统的启动性能。

本发明所达到的有益效果：

（1）、本发明的系统设置了转矩传感器一、转矩传感器二、转矩传感器三，分别用于测量双输入加减速输入转矩和输出转矩，可精确测量双输入加减速的传动效率。

（2）、本发明的系统通过对串联两台相同的直流电机，实现双输入减速机两台电机均衡驱动，简化了系统设计，节约硬件成本。

（3）、本发明的系统通过将两台相同的电机控制器电源直接相连，实现加载能量的再利用，实现节能的目的。

（4）、本发明的系统的电机加载方法利用比例积分控制器的饱和特性，模拟实际系统负载特性，简化了加载方法。

（5）、本发明的系统所涉及的部件均为市场通用产品，可实现系统的快速搭建。

附图说明

图1是本发明测试系统的组成示意图。

图2是本发明直流电源、电机控制器一、电机控制器二等连接关系图。

图3是本发明电机控制器一的内部控制功能框图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

如图1所示，本发明是，一种小型双输入减速机构测试系统，包括计算机、接口转换器、数据采集器、电机控制器一、电机控制器二、电机一、电机二、加载电机、直流电源、双输入减速机也就是被测对象、升速齿轮箱、转矩传感器一、转矩传感器二、转矩传感器三等。

所述计算机通过数据采集器实时采集转矩传感器一、转矩传感器二、转矩传感器三的转矩值，用于双输入减速机的传动效率计算；所述计算机还通过接口转换器与电机控制器一、电机控制器二实现通讯功能，并完成对电机控制器一、电机控制器二的运行控制；电机控制器一实现电机一和电机二的转动控制；电机一通过转矩传感器一、电机二通过转矩传感器二分别连接到双输入减速机的两个输入轴；双输入减速机的输出轴通过转矩传感器三与升速齿轮箱的输入轴相连，带动升速齿轮箱转动；升速齿轮箱的输出轴与加载电机轴相连，带动加载电机转动。

所述接口转换器是两种接口之间的转换装置，本实例中选择以太网转CAN总线（控制器局域网络, 简称CAN总线)，计算机通过以太网与接口转换器相连，接口转换器通过CAN总线与电机控制器一和电机控制器二相连；所述的数据采集器是计算机用于采集转矩传感器一、转矩传感器二、转矩传感器三的转矩值，数据采集器采用通用串行总线（USB）与计算机相连。

所述升速齿轮箱的升速比与双输入减速机升速比相等。

所述电机控制器一和电机控制器二为两个相同的直流电机控制器，电机控制器一和电机控制器二的额定电压与直流电源电压相同，本实例中，电压为48伏，电机控制器一和电机控制器器二具有四象限运行功能（即具备正反转控制和正反制动功能，通常电机控制器均具备此功能），所述电机控制器一和电机控制器二具备CANopen通讯协议。

所述电机一、电机二为两个相同的直流电机，电机一、电机二选择需满足如下要求：

1)额定电压为直流电源电压的1/2，本实例中为24伏；

2)电机一、电机二的功率和与电机控制器一相匹配；

3）电机一、电机二配有测速机作为速度反馈元件，且满足测速机在额定转速时的输出电压与电机控制器一的测速反馈额定输入相匹配。

所述加载电机为直流电机，加载电机的额定电压为直流电源电压，本实例中为48伏；所述加载电机带有测速机，测速机在额定速度时的输出电压与电机控制器二的测速反馈额定输入范围相匹配。

如图2所示，所述直流电源、电机控制器一、电机控制器二、电机一、电机二的连接关系为：直流电源的(+)端、电机控制器一电源输入(+)端、电机控制器二电源输入(+)端连接在一起；直流电源的(-)端、电机控制器一电源输入(-)端、电机控制器二电源输入(-)端连接在一起；电机控制器一的电机控制输出端子M1与电机一绕组(+)端相连；电机一绕组(-)端与电机二绕组(+)端相连；电机二绕组(-)端与电机控制器一的电机控制输出端子M2相连；为方便调整测速机反馈电压，特别在电机控制器一的测速反馈端子与测速机之间设置两个电阻（R1、R2）,具体连接关系为：电机控制器一的测速反馈端子S1、电阻R1的一端、电阻R2的一端连接在一起；电阻R1的另一端与电机一测速机的(+)端相连；电机一测速机的(-)端与电机二测速机(+)端相连；电机二测速机(-)端、电阻R2的另一端、电机控制器一的测速反馈端子S2连接在一起，依据测速反馈电压和电机控制器一的测速反馈输入范围，适当选择电阻R1、R2的阻值，使测速反馈电压和电机控制器一的测速反馈输入相匹配；电机控制器二的电机控制输出端子M1与加载电机绕组(+)端相连；电机控制器二的电机控制输出端子M2与加载电机绕组(-)端相连；电机控制器二的测速反馈端子S1与加载电机测速机的(+)端相连；电机控制器二的测速反馈端子S2、加载电机测速机的(-)端相连。

本发明的小型双输入减速机构测试系统，工作原理为：设置了转矩传感器一、转矩传感器二、转矩传感器三，分别用于测量双输入加减速输入转矩和输出转矩，可精确测量双输入加减速的传动效率；将电机控制器一和电机控制器二的电源线并联，电机控制器一控制电机一、电机二控制双输入减速机转动，电机控制器二控制加载电机加载，此时加载电机的工作状态为发电机状态，并由电机控制器二控制加载转矩的大小，同时电机二的发电通过电机控制器二回馈到直流电源输出侧，可供电机控制器一使用，依据能量守恒定律，直流电源仅需提供双输入减速机传动损耗的功率，因而测试系统具备节能功能；电机一绕组、电机二绕组串联等效为一台电机，电机一测速机、电机二测速机串联等效为一个测速机，作为电机控制器一的速度反馈，这种方法两个电机绕组中的电流大小相等，因而输出转矩相等，实现两个电机共同控制的目的，简化转矩均衡控制方法，同时节省一台电机控制器。

所述的一种小型双输入减速机构测试系统，所要完成的测试项目包括：

1)传动效率；

2)启动性能测试。

如图3电机控制器一的内部控制功能框图所示，电机控制器二的内部控制功能框图与电机控制一完全相同；包括初始设定、设定值、速度校正、速度反馈、选择开关、电流限制、电流反馈和电流校正等；初始设定、设定值的数据来源是计算机通过接口转换器传输来的数据；所述的初始设定为依据不同的测试需求对选择开关和电流限制也就是说，电机控制中，电流对应电机的转矩进行设定；所述的速度校正和电流校正均采用比例积分控制方法，完成电机控制过程中的电机速度和电流的控制。

所述的传动效率测试方法为：

1) 初始设定电机控制器一为速度控制模式，即电机控制器一的选择开关选

择位置2；电机控制器二设定为转矩工作模式，即电机控制器二选择开关选择位置1；

2) 使能电机控制器一，设定值为电机一额定速度的5%；

3) 等待实际速度到达设定值后，使能电机控制器二；

4) 按双输入减速机需要的加载曲线由计算机设定电机控制器二转矩设定值；

5) 稳定运行后，计算机读取转矩传感器一、转矩传感器二、转矩传感器三的

值并记录；

6) 按电机一额定速度的5%（也可以根据需要确定增加的速度大小）速度增加电机控制器一的速度设定值；

7) 转到步骤5），直到电机控制器一的速度设定值到达100%，测试结束。

所述的启动性能测试工作原理为：电机一、电机二在驱动双输入减速机启动

之前，加载电机预先加载转矩，模拟实际负载状况，测试传动系统在加载转矩下由停止到额定速度所需要的启动时间。

所述的启动性能测试的加载方法为：如果将电机驱动器二设定为转矩模式，且预先加载转矩，则由于驱动电机一、电机二还未启动，可能导致加载电机带动双输入减速机反向转动而无法测试，本发明提供一种加载方法原理如下：将电机控制器二设置为速度模式，电流限制设定为期望的加载转矩对应的电流大小，速度设定值为0，在电机驱动器二使能后，此时由于速度设定值0，加载电机并不转动，且加载转矩也几乎为0，待电机控制器一控制电机一、电机二测试启动时，电机一、电机二带动双输入减速机转动，双输入减速机带动加载电机转动，在加载电机刚开始转动时，电机控制器二的速度设定值与速度反馈存在差值，电机控制器二速度校正的比例积分控制输出迅速增加而达到饱和状态，速度控制器二的速度控制相当于开环控制，实际控制模式为电流控制，此时加载电机实际转矩即为电流限制对应的转矩值，由于电流控制速度很快（通常电机控制器一般在13毫秒响应时间），因此随着电机一、电机二转动而实现快速加载，模拟实际工况。

所述的启动性能测试步骤为：

1)电机控制器一初始设定：

a)速度控制模式，即电机控制器一的选择开关选择位置2；

b)电流限制为双输入减速机测试需要的电流值（即相对应的转矩值）

2)电机控制器二初始设定：

a)速度控制模式，即电机控制器二的选择开关选择位置2；

b)电流限制为双输入减速机加载需要的电流值即相对应的转矩值；

3) 电机控制器二的速度设定值设置为0；

4) 使能电机控制器二；

5) 电机控制器一速度设定值设定为双输入减速机测试需要的最高速度；

6) 使能电机控制器一，同时计算机开始计时；

7) 计算机通过接口转换器连续读取电机控制一的实际速度是否到达设定值，

当达到设定时，停止计时，所记时间为启动时间，测试结束。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。