本发明专利技术涉及一种伺服系统负载模拟装置和伺服系统性能测试装置，属于检测技术与自动化技术领域。本发明专利技术装置综合了惯性加载、伺服电机加载和弹簧加载三种方式，可实现三种加载方式独立加载、两两组合加载或同时加载，能够模拟多种负载工况，如惯性负载、弹性负载、不平衡负载、冲击负载、时变负载以及多种负载的组合。本发明专利技术将采集得到的被测伺服系统、扭矩转速传感器和角度传感器信号，送到计算机进行处理，可以实现在不同负载工况下对伺服系统静动态性能测试。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种伺服系统负载模拟装置和伺服系统性能测试装 置，属于检测技术与自动化
技术介绍
伺服系统负载模拟装置是仿真实验的重要设备，主要功能是在实 验室条件下模拟实际工作的环境，对被试系统施加与实际工况相对应 的负载，从而真实地反映出伺服系统的实际性能。在不同的工况下使 用的伺服系统所受到的负载非常复杂，包括惯性负载、弹性负载、不 平衡负载、时变负载和冲击负载等。目前，负载模拟装置一般采用的加载方式为机械加载、电液伺 服加载、电磁加载和电机加载等。机械加载主要优点是工作可靠，结 构简单，缺点是不能实现连续变化的载荷谱，且不能在运转中加载或 调整载荷。电液伺服加载可实现连续加载，且频带较宽，输出负载力 矩大，但是存在液压源体积大、功耗和噪声大，容易产生多余力矩等 缺点。电磁加载设备主要有磁滞测功机和磁粉制动器等，主要优点是 转速范围宽，控制方便，制动力矩大，可实现自动化操作等，缺点是 存在低速时加不上载荷的现象，而且容易出现磁粉卡死的现象。 电机加载设备目前主要采用直流电机或力矩电机，直流电机作为加载 元件存在电枢电流大，功率损失大，由于换向器的存在，对提供正、 反转的力矩不便。采用力矩电机作为加载元件，能够提供较宽范围 力矩，响应速度较快。但是上述加载方式都存在加载方式单一，不能 模拟多种负载的缺点，如机械加载不能实现连续变化的载荷，电机加 载就不能模拟惯性负载，而且一般惯量加载机构采用惯量盘进行加 载，通过改变惯量盘的尺寸和质量达到改变惯量的目的，不能实现惯 量连续变化。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决上述加载机构加载方式单一的问题而提 供一种伺服系统复杂负载工况模拟和性能测试装置。本专利技术装置综合了惯性加载、伺服电机加载和弹簧加载三种方 式，可实现三种加载方式独立加载、两两组合加载或同时加载，能够 模拟多种负载工况，如惯性负载、弹性负载、不平衡负载、冲击负载、 时变负载以及多种负载的组合。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的本专利技术提出的一种伺服系统复杂工况模拟装置，包括被试伺服系 统、扭矩转速传感器、传动链、变惯量加载机构、减速器、伺服电机 加载机构、弹簧加载机构和角度传感器。被试伺服系统为伺服系统复杂工况模拟装置的被试对象，可以是 由电机、泵或马达等构成的回转伺服系统，也可以是伺服电机；扭矩转速传感器用于直接测量被试伺服系统的输出扭矩和转速， 用于测试被试伺服系统的静动态性能；同时，通过扭矩转速传感器可 构成力、速度闭环，用来研究伺服系统在复杂负载工况下控制算法。传动链用于在传动主线路上形成一条分支路线，传动主线路上包 括被试伺服系统、扭矩转速传感器、减速器、伺服电机加载机构和弹 簧加载机构，传动分支线路包括变惯量加载机构；传动链传动比可以 根据所需惯量进行调整，当被试系统所需惯量大时，可以采用增速方 式；传动链可以是同步带轮机构、齿轮箱或皮带轮机构。变惯量加载机构包括固定部分和滑动部分，固定部分包括固定端 支架、传动链输出轴、固定端连杆支座、固定端连杆、惯量体；滑动 部分包括滑动端连杆、滑动端连杆支座、滑动端支座、滑动端转轴、 滑轨；变惯量加载机构的转动部分包括传动链输出轴、固定端连杆支 座、固定端连杆、惯量体、滑动端连杆和滑动端连杆支座，用于模拟 连续变化的惯性负载；其中，固定端支架用于支撑传动链输出轴，固 定端连杆支座通过键连接与传动链输出轴固连，固定端连杆通过铰接 的方式与固定端连杆支座上的耳轴连接，固定端连杆另一端通过销钉固定惯量体，滑动端连杆通过铰接的方式连接到固定端连杆中部的耳 轴，滑动端连杆的另一端也通过铰接方式与滑动端支座耳轴连接，滑 动端支座与滚动轴承外圈采用过盈配合，轴承内圈与滑动端轴也采用 过盈配合，使得支座能够在滑动端轴上旋转而保持滑动端轴不转动， 滑动端轴通过平键安装在滑动端支座上，滑动端支座底部为燕尾槽结 构，留有梯形螺纹，通过丝杠推动滑动端支座在滑轨上滑动，滑轨两 侧安装有锁紧螺栓，当滑动端支座移动到位后用锁紧螺栓定位；变惯 量机构实现惯量连续变化的动作过程是当滑动端支座带着滑动端连 杆支座及滑动端连杆在滑轨内运动时，滑动端连杆支座推动固定端连 杆和惯量体运动，连杆与转轴所形成的张开角度随之张开或縮小，使 惯量体质心距转轴中心也发生改变，从而转动惯量可发生连续变化； 惯量体的数量、质量以及连杆的长度可以根据实际惯量变化范围需要 进行设计；另外，可以采用手动方式推动滑动部分，也可以采用自动 方式推动滑动部分。减速器用于降低主传动线路的速度。伺服电机加载机构包括伺服电机、伺服电机传动轴、伺服电机支 座及伺服电机驱动器，用于模拟冲击负载、时变负载和实现主动加载； 其中，伺服电机安装在伺服电机支座上，伺服电机传动轴与伺服电机 定子为过盈配合，传动轴通过联轴器连接主传动线路上的减速器，伺 服电机驱动器为伺服电机提供电源与驱动信号；伺服电机加载机构伺 服电机为空心轴式或双端输出轴式伺服电机，可为直流电机或交流电 机。当把伺服电机替换为空心轴式的磁粉制动器，并配备磁粉制动器 支座及控制器，其中磁粉制动器固定于磁粉制动器支座上，磁粉制动 器的内圈与传动轴采用过盈配合，控制器发出指令信号控制磁粉制动 器向传动轴传递扭矩，可以实现磁粉制动器加载。弹簧加载机构包括大减速比减速器、弹簧加载机构伸出轴、摇臂、 弹簧、弹簧套筒和预紧螺栓，用于模拟弹性负载、不平衡负载；其中， 大减速比减速器输入端连接伺服电机传动轴，输出端连接弹簧加载机 构伸出轴，摇臂通过螺栓固定在伸出轴上，摇臂下端的两侧各套一个弹簧，弹簧的另一端固定在弹簧套筒内，通过安装在套筒两端的预紧 螺栓调节弹簧的初始预紧力；大减速比减速器的目的是进一步降低主 传动线路的转速，用于模拟低转速、小转动范围、大扭矩输出伺服系 统的负载情况。角度传感器用于采集弹簧加载机构伸出轴的角位置信号，构成位 置闭环系统，进行伺服系统复杂负载工况下位置控制算法研究；被试伺服系统(或伺服电机)通过联轴器连接扭矩转速传感器， 扭矩转速传感器的输出通过联轴器连接传动链的输入轴，通过传动链 将传动线路分成两路，主传动线路沿原来传动路线方向，依次连接减 速器、联轴器、伺服电机加载机构和弹簧加载机构；另一路连接变惯 量加载机构。本专利技术装置综合了惯性加载、伺服电机加载和弹簧加载三种方 式，可实现三种加载方式独立加载、两两组合加载或同时加载，能够 模拟多种负载工况，如惯性负载、弹性负载、不平衡负载、冲击负载、 时变负载以及多种负载的组合等。以下为各种加载方式的组合情况第一种加载方式为惯性加载，变惯量机构通过传动链加到主传动 线路中，用于实现模拟惯量连续变化的负载，将传动链输出端连接变 惯量机构部分断开(如将皮带取下)即可取消惯性加载方式；第二种加载方式为伺服电机加载，伺服电机根据伺服电机驱动器 指令信号，在伺服电机转子上产生扭矩，通过伺服电机传动轴传递扭 矩，实现伺服电机加载，用于模拟冲击负载、时变负载和实现主动加 载；当电机不通电时，即可取消伺服电机加载；第三种加载方式为弹簧加载，当摇臂偏离中心位置时，摇臂收到 一侧弹簧的压力，和另一侧弹簧的拉力，在弹簧加载机构伸出轴上产 生扭矩，并通过大减速比减速器加载到主传动线路上；将摇臂上螺栓 松开就可本文档来自技高网...
【技术保护点】
伺服系统复杂负载工况模拟与性能测试装置，包括被试伺服系统、扭矩转速传感器、传动链、减速器和角度传感器，其特征在于还包括变惯量加载机构、伺服电机加载机构、弹簧加载机构，其中：变惯量加载机构、弹簧加载机构和伺服电机加载机构可单独加载、两两组合加载或同时加载，能够模拟多种负载工况，如惯性负载、弹性负载、不平衡负载、冲击负载、时变负载以及多种负载的组合； 变惯量加载机构用于模拟连续变化的惯性负载； 其中： 变惯量加载机构包括固定部分和滑动部分，固定部分包括固定端支架、传动链输出轴、固定端连杆支座、固定端连杆、惯量体；滑动部分包括滑动端连杆、滑动端连杆支座、滑动端支座、滑动端转轴、滑轨；变惯量加载机构的转动部分包括传动链输出轴、固定端连杆支座、固定端连杆、惯量体、滑动端连杆和滑动端连杆支座；其中，固定端支架用于支撑传动链输出轴，固定端连杆支座通过键连接与传动链输出轴固连，固定端连杆通过铰接的方式与固定端连杆支座上的耳轴连接，固定端连杆另一端通过销钉固定惯量体，滑动端连杆通过铰接的方式连接到固定端连杆中部的耳轴上，滑动端连杆的另一端也通过铰接方式与滑动端支座耳轴连接，滑动端支座与滚动轴承外圈采用过盈配合，轴承内圈与滑动端轴也采用过盈配合，滑动端轴通过键固定在滑动端支座上，使得滑动端连杆支座能够在滑动端轴上旋转而保持滑动端轴不转动，滑动端支座底部为燕尾槽结构，留有梯形螺纹，通过丝杠推动滑动端支座在滑轨上滑动，滑轨两侧安装有锁紧螺栓，当滑动端支座移动到位后用锁紧螺栓定位；变惯量机构实现惯量连续变化的动作过程是：当滑动端支座带着滑动端连杆支座及滑动端连杆在滑轨内运动时，滑动端连杆支座推动固定端连杆和惯量体运动，连杆与传动链输出轴所形成的角度随之张开或缩小，使惯量体质心距转轴中心也发生改变，从而转动惯量可发生连续变化；惯量体的数量、质量以及连杆的长度可以根据实际惯量变化范围需要进行设计；另外，可以采用手动方式推动滑动部分，也可以采用自动方式推动滑动部分；伺服电机加载机构，用于模拟冲击负载、时变负载和实现主动加载； 其中： 伺服电机加载机构包括伺服电机、伺服电机传动轴、伺服电机支座及伺服电机驱动器；其中，伺服电机安装在伺服电机支座上，伺服电机传动轴与伺服电机定子为过盈配合，传动轴通过联轴器连接主传动线路上的减速器，伺服电机驱动器为伺服电机提供电源与驱动信号；伺服电机为空心轴式或双端输出轴式伺服电机，可为直流电机或交流电机；当把伺服电...
【技术特征摘要】
1、伺服系统复杂负载工况模拟与性能测试装置，包括被试伺服系统、扭矩转速传感器、传动链、减速器和角度传感器，其特征在于还包括变惯量加载机构、伺服电机加载机构、弹簧加载机构，其中变惯量加载机构、弹簧加载机构和伺服电机加载机构可单独加载、两两组合加载或同时加载，能够模拟多种负载工况，如惯性负载、弹性负载、不平衡负载、冲击负载、时变负载以及多种负载的组合；变惯量加载机构用于模拟连续变化的惯性负载；其中变惯量加载机构包括固定部分和滑动部分，固定部分包括固定端支架、传动链输出轴、固定端连杆支座、固定端连杆、惯量体；滑动部分包括滑动端连杆、滑动端连杆支座、滑动端支座、滑动端转轴、滑轨；变惯量加载机构的转动部分包括传动链输出轴、固定端连杆支座、固定端连杆、惯量体、滑动端连杆和滑动端连杆支座；其中，固定端支架用于支撑传动链输出轴，固定端连杆支座通过键连接与传动链输出轴固连，固定端连杆通过铰接的方式与固定端连杆支座上的耳轴连接，固定端连杆另一端通过销钉固定惯量体，滑动端连杆通过铰接的方式连接到固定端连杆中部的耳轴上，滑动端连杆的另一端也通过铰接方式与滑动端支座耳轴连接，滑动端支座与滚动轴承外圈采用过盈配合，轴承内圈与滑动端轴也采用过盈配合，滑动端轴通过键固定在滑动端支座上，使得滑动端连杆支座能够在滑动端轴上旋转而保持滑动端轴不转动，滑动端支座底部为燕尾槽结构，留有梯形螺纹，通过丝杠推动滑动端支座在滑轨上滑动，滑轨两侧安装有锁紧螺栓，当滑动端支座移动到位后用锁紧螺栓定位；变惯量机构实现惯量连续变化的动作过程是当滑动端支座带着滑动端连杆支座及滑动端连杆在滑轨内运动时，滑动端连杆支座推动固定端连杆和惯量体运动，连杆与传动链输出轴所形成的角度随之张...
【专利技术属性】
技术研发人员：王军政，刘治钢，赵江波，汪首坤，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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