交流伺服電機(jī)硬件在環(huán)試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及的是一種電機(jī)控制領(lǐng)域的試驗(yàn)裝置，尤其涉及的是一種交流伺服電機(jī)硬件在環(huán)試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前交流伺服電機(jī)的伺服系統(tǒng)的構(gòu)建主要有兩種形式:(I)在專用的仿真軟件環(huán)境下構(gòu)建交流伺服電機(jī)的控制模型，在該模型中進(jìn)行控制算法的實(shí)現(xiàn)、參數(shù)尋優(yōu)等理論模擬仿真；(2)利用專門的電機(jī)控制芯片設(shè)計(jì)成的控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)交流伺服電機(jī)的控制系統(tǒng)。第一種方法屬于算法上的理論驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)條件是在理想情況下的模擬仿真，該方法有方便快速的建立仿真模型等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)該方法也存在著無(wú)法將處理結(jié)果實(shí)時(shí)的應(yīng)用到伺服系統(tǒng)中；第二種方法是基于專門的DSP芯片的伺服系統(tǒng)，該方法具有較高的精度，但是算法及算法參數(shù)的修改和負(fù)載的改變需要花費(fèi)巨大的時(shí)間和精力，并不適用于試驗(yàn)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]為了解決實(shí)際應(yīng)用存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種交流伺服電機(jī)硬件在環(huán)試驗(yàn)裝置，通過(guò)實(shí)時(shí)控制單元和硬件驅(qū)動(dòng)電路相結(jié)合的半實(shí)物仿真模式的硬件在環(huán)，來(lái)實(shí)現(xiàn)交流伺服電機(jī)控制。
[0004]本實(shí)用新型技術(shù)方案如下:
[0005]一種交流伺服電機(jī)硬件在環(huán)試驗(yàn)裝置，包括工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器、可調(diào)負(fù)載單元、負(fù)載控制器、實(shí)時(shí)控制單元和扭矩傳感器單元；
[0006]實(shí)時(shí)控制單元與工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器相連，扭矩傳感器單元、可調(diào)負(fù)載單元、負(fù)載控制器和實(shí)時(shí)控制單元依次順序相連，試驗(yàn)用交流伺服電機(jī)連接在工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器、扭矩傳感器單元之間；扭矩傳感器單元與實(shí)時(shí)控制單元相連接。
[0007]可調(diào)負(fù)載單元為負(fù)載電機(jī)。
[0008]負(fù)載控制器通過(guò)實(shí)時(shí)控制單元控制。
[0009]工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器包括高壓供電模塊、光電隔離模塊、功率芯片供電模塊、功率驅(qū)動(dòng)模塊、編碼器模塊、電流傳感器、電壓傳感器、工作電機(jī)電源模塊、保護(hù)電路模塊；
[0010]高壓供電模塊與工作電機(jī)電源模塊相連，光電隔離模塊、功率芯片供電模塊、工作電機(jī)電源模塊、保護(hù)電路模塊均與功率驅(qū)動(dòng)模塊相連，功率驅(qū)動(dòng)模塊連接試驗(yàn)用交流伺服電機(jī)；
[0011]實(shí)時(shí)控制單元通過(guò)光電隔離模塊連接功率驅(qū)動(dòng)模塊，編碼器模塊、電流傳感器、電壓傳感器均分別連接試驗(yàn)用交流伺服電機(jī)和實(shí)時(shí)控制單元。
[0012]實(shí)時(shí)控制單元產(chǎn)生六路PWM信號(hào)通過(guò)六路接口輸送到工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器，工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器和試驗(yàn)用交流伺服電機(jī)通過(guò)三相電源線、信號(hào)線相連，工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器控制交流伺服電機(jī)的運(yùn)行，并獲得試驗(yàn)用交流伺服電機(jī)的位置和速度信息；
[0013]工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器采集到的交流伺服電機(jī)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送給實(shí)時(shí)控制單元；
[0014]實(shí)時(shí)控制單元上設(shè)置的負(fù)載力矩參數(shù)傳送給負(fù)載控制器，負(fù)載控制器控制可調(diào)負(fù)載單元產(chǎn)生變化的負(fù)載力矩，同時(shí)實(shí)時(shí)控制單元對(duì)扭矩傳感器單元的輸出信號(hào)實(shí)時(shí)采集。
[0015]可調(diào)負(fù)載單元、扭矩傳感器單元和交流伺服電機(jī)同軸相連連，可調(diào)負(fù)載單元給工作電機(jī)加載不同的負(fù)載，同時(shí)，扭矩傳感器單元能夠采集可調(diào)負(fù)載單元和交流伺服電機(jī)的相對(duì)扭矩。
[0016]高壓供電模塊用于為工作電機(jī)電源模塊提供電源，包括接線端子部分、整流橋部分、繼電器保護(hù)部分，接線端子部分、整流橋部分、繼電器保護(hù)部分依次順序連接；
[0017]接線端子部分每個(gè)引線上均設(shè)置一個(gè)電容，用于濾波；整流橋選用的型號(hào)為6RI100G-160,該型號(hào)性能穩(wěn)定，使得交流電轉(zhuǎn)化成直流電；第三部分的繼電器采用的是NVF4-3A-Z80b，防止初始上電時(shí)電流過(guò)大而燒壞電路元器件。
[0018]光電隔離模塊的控制電路由PWM控制信號(hào)控制，光耦在PWM中的控制信號(hào)作用下導(dǎo)通和關(guān)斷IPM(Intelligent Power Module，智能功率模塊)的輸入信號(hào)；每路光耦都是相同的結(jié)構(gòu)，控制六路信號(hào)。這里的光耦相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)，起到隔離電路的作用，避免了相互的干擾。
[0019]功率芯片供電模塊包括四路相同的供電電路，供電電路彼此之間相互獨(dú)立，相互不干擾，保證穩(wěn)定性；
[0020]每條供電電路包括24V電源和F2415S-2W集成器件，24V
[0021]電源、F2415S-2W集成器件相連接。
[0022]工作電機(jī)電源模塊輸出電機(jī)工作電源給功率驅(qū)動(dòng)模塊，高壓供電模塊的電壓轉(zhuǎn)換后輸出電壓至工作電機(jī)電源模塊轉(zhuǎn)換為電機(jī)工作電源，同時(shí)電機(jī)工作電源經(jīng)過(guò)電源轉(zhuǎn)換芯片獲得功率芯片供電模塊輸出的24V電源，以及為電流傳感器、電壓傳感器提供供電的的±12V直流電源。
[0023]所述土 12V直流電源連接電流傳感器、電壓傳感器，為電流傳感器、電壓傳感器提供電源。±12V為電流傳感器提供電源，在電源和地之間接上電容防止電磁干擾，通過(guò)采樣電阻獲得米樣電流。
[0024]保護(hù)電路模塊包括母線過(guò)壓欠壓保護(hù)電路、IPM輸出異常保護(hù)電路和保護(hù)控制電路，母線過(guò)壓欠壓保護(hù)電路、IPM輸出異常保護(hù)電路均與保護(hù)控制電路相連接。
[0025]需要指出的是，本實(shí)用新型的實(shí)時(shí)控制單元以及其他驅(qū)動(dòng)模塊的控制過(guò)程為本領(lǐng)域的常用控制過(guò)程，為現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型僅保護(hù)組件結(jié)構(gòu)以及組件之間的連接關(guān)系。
[0026]本實(shí)用新型的有益效果包括:
[0027]1、本實(shí)用新型方便被測(cè)交流伺服電機(jī)快速接入，并建立閉環(huán)仿真模型，能夠?qū)⑺欧姍C(jī)處理結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)反饋到伺服系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)際在環(huán)試驗(yàn)；
[0028]2、所有控制信號(hào)直接由實(shí)時(shí)控制單元實(shí)時(shí)發(fā)出，所有要采集的數(shù)據(jù)由實(shí)時(shí)控制單元實(shí)時(shí)采集；所以本系統(tǒng)是一種硬件在環(huán)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，具有搭建控制模型快速、高效、方便的優(yōu)點(diǎn)，
[0029]3、在實(shí)時(shí)控制單元的控制下，負(fù)載控制器可以控制可調(diào)負(fù)載單元產(chǎn)生高精度、任意形式的可調(diào)負(fù)載。
[0030]4、該系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)以及負(fù)載單元的所有運(yùn)行參數(shù)、中間計(jì)算數(shù)據(jù)均可由實(shí)時(shí)控制單元實(shí)時(shí)采集，且以圖形的形式顯示。
【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1是本實(shí)用新型的交流伺服電機(jī)硬件在環(huán)試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)框圖；
[0032]圖2是工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的結(jié)構(gòu)框圖；
[0033]圖3是工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的高壓供電模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖4是工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的光電隔離模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖5是工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的功率芯片供電模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖6是工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的編碼器模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖7是工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的電流傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖8是工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的電壓傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖9是工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的工作電機(jī)電源模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖10是工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的保護(hù)電路模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本實(shí)用新型并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。
[0042]為便于理解本實(shí)用新型，下面將結(jié)合附圖進(jìn)行闡述。
[0043]如圖1所示，一種交流伺服電機(jī)硬件在環(huán)試驗(yàn)裝置，包括工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器1、可調(diào)負(fù)載單元3、負(fù)載控制器4、實(shí)時(shí)控制單元5和扭矩傳感器單元30 ;
[0044]實(shí)時(shí)控制單元5與工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器I相連，扭矩傳感器單元30、可調(diào)負(fù)載單元3、負(fù)載控制器4和實(shí)時(shí)控制單元5依次順序相連，試驗(yàn)用交流伺服電機(jī)2連接在工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器1、扭矩傳感器單元30之間，扭矩傳感器單元30與實(shí)時(shí)控制單元5相連接。
[0045]可調(diào)負(fù)載單元3為負(fù)載電機(jī)。
[0046]負(fù)載控制器4通過(guò)實(shí)時(shí)控制單元5控制。
[0047]工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器1、可調(diào)負(fù)載單元3連接試驗(yàn)用交流伺服電機(jī)2，試驗(yàn)用交流伺服電機(jī)2 —般為永磁同步電機(jī)或者異步電機(jī)或者步進(jìn)電機(jī)。
[0048]實(shí)時(shí)控制單元5產(chǎn)生六路PWM信號(hào)通過(guò)六路接口輸送到工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器，工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器I和試驗(yàn)用交流伺服電機(jī)2通過(guò)三相電源線、信號(hào)線相連，控制電機(jī)的運(yùn)行，并獲得試驗(yàn)用交流伺服電機(jī)2的位置和速度信息；實(shí)時(shí)控制單元5和工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器I通過(guò)實(shí)時(shí)控制軟件的硬件相連，將實(shí)時(shí)控制單元5上設(shè)置的各控制參數(shù)傳輸給工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器1，同時(shí)將工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器I采集到的試驗(yàn)用交流伺服電機(jī)2的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送給實(shí)時(shí)控制單元5 ;負(fù)載控制器4和實(shí)時(shí)控制單元5通過(guò)實(shí)時(shí)軟件硬件接口相連，將實(shí)時(shí)控制單元5上設(shè)置的負(fù)載力矩參數(shù)傳送給負(fù)載控制器4 ;通過(guò)負(fù)載控制器產(chǎn)生變化的負(fù)載力矩，同時(shí)對(duì)可調(diào)負(fù)載單元3產(chǎn)生的實(shí)際力矩進(jìn)行采樣，并將其發(fā)送給實(shí)時(shí)控制單元5 ;可調(diào)負(fù)載單元3和永磁同步電機(jī)/異步電機(jī)/步進(jìn)電機(jī)2同軸相連，給工作電機(jī)加載不同的負(fù)載。
[0049]本實(shí)施例中，實(shí)時(shí)控制單元5上安裝了 Quanser公司出品的QuaRC實(shí)時(shí)軟件和Matlab軟件，Matlab與QuaRC軟件包括電機(jī)控制算法的實(shí)現(xiàn)與參數(shù)設(shè)置部分、負(fù)載力矩設(shè)置部分和動(dòng)態(tài)性能參數(shù)顯示部分；電機(jī)控制算法的實(shí)現(xiàn)與參數(shù)設(shè)置部分用于調(diào)制控制信號(hào)PWM波形，并通過(guò)實(shí)時(shí)控制軟件輸送到工作電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器I ;負(fù)載力矩設(shè)置部分用于控制可調(diào)負(fù)載單元3，