CN107202704A - 一种实时嵌入式大力矩变加载*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种实时嵌入式大力矩变加载***，所述实时嵌入式大力矩变加载***包括上位机、下位机、传感单元、测速单元、加载单元；加载单元与舵机***连接；所述传感单元与舵机***连接，用于实时获取舵机***的转矩模拟信号，并转换为转矩数字信号；上位机分别与传感单元和加载***连接，用于根据转矩数字信号确定瞬时力矩控制信号至加载单元；测速单元与舵机***连接，用于获取舵机***的舵机转轴的角速度模拟信号，并转换为角速度数字信号；下位机分别与所述测速单元和加载单元连接，用于根据角速度数字信号确定角速度同步控制信号，并输入至加载单元，从而可抑制多余的力矩，实现对整个大力矩加载过程的精确跟踪，实现大力矩的加载。

Description

一种实时嵌入式大力矩变加载***
技术领域
本发明涉及力矩加载领域，具体涉及一种实时嵌入式大力矩变加载***。
背景技术
负载模拟技术是为了测试产品的性能指标，模拟对象的实际工作环境，对产品施加与实际情况相对应的负载，从而真实地反映产品实际的性能，该技术在国防、航空航天领域及其它方面的科学研究和工农业生产中占有非常重要的地位，通常要求对产品性能进行测试以保证所设计产品的性能。目前加载的方式有机械式、电液式以及电动式，由于电液负载模拟器的污染大，维修困难，近年来，随着电机性能的不断提升、电力电子器件、电机驱动***的发展、电机制造水平的提高，越来越多的伺服控制***永磁同步电动机作为执行元件，因此电动加载方案成为未来加载***的趋势。负载模拟器控制***，实现实时控制的主流大多是基于专用数字处理器(DSP)设计，但硬件必须根据实际需要定制，通用性不强，且数据运算和处理能力有限，对完成复杂的控制算法有些力不从心；虽然通过机械结构的设计可以起到一些抑制多余力矩扰动的效果，但是这是以牺牲加载***的快速性为代价的，多余力矩不能完全被消除，特别是在加载***频响要求高、加载扭矩大的情况下，多余力矩影响仍然很大。
发明内容
本发明的目的是提供一种实时嵌入式大力矩变加载***，可抑制多余的力矩，实现对整个大力矩加载过程的精确跟踪，实现大力矩的加载。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种实时嵌入式大力矩变加载***，与舵机***连接，所述实时嵌入式大力矩变加载***包括上位机、下位机、传感单元、测速单元、加载单元；其中，
所述加载单元与舵机***连接，用于在所述舵机***上进行力矩的加载，使所述舵机***运动；
所述传感单元与所述舵机***连接，用于实时获取所述舵机***的转矩模拟信号，并转换为转矩数字信号；
所述上位机分别与传感单元和加载***连接，用于根据所述传感单元采集的转矩数字信号确定瞬时力矩控制信号，并输入至所述加载单元；
所述测速单元与所述舵机***连接，用于获取所述舵机***的舵机转轴的角速度模拟信号，并转换为角速度数字信号；
所述下位机分别与所述测速单元和加载单元连接，用于根据所述角速度数字信号确定角速度同步控制信号，并输入至所述加载单元，以实现角速度的同步。
可选的，所述上位机包括第一伺服控制模块和力矩控制模块；
所述第一伺服控制模块与传感单元连接，用于根据所述传感单元获取的转矩数字信号获得电压信号，并输入所述力矩控制模块；
所述力矩控制模块分别与第一伺服控制模块和加载单元连接，用于对所述电压信号进行比例-积分-微分调节，输出瞬时力矩控制信号至所述加载单元。
可选的，所述上位机还包括定时器，所述定时器时钟分辨率为100纳秒，定时器周期为100微秒。
可选的，所述下位机包括第二伺服控制模块及前馈补偿控制模块；
所述第二伺服控制模块与所述测速单元连接，用于将根据所述角速度数字信号获得电流信号；
所述前馈补偿控制模块分别与所述第二伺服控制模块及加载单元连接，用于对所述电流信号进行比例-积分-微分调节，获得角速度同步控制信号，并输入至所述加载单元。
可选的，所述下位机为西门子starter。
可选的，所述加载单元的加载周期为0.5ms。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明实时嵌入式大力矩变加载***通过设置上位机、下位机、传感单元、测速单元、加载单元形成两个闭环控制***，上位机分别与传感单元和加载***连接，根据所述传感单元采集的转矩数字信号确定瞬时力矩控制信号，并输入至所述加载单元，下位机分别与所述测速单元和加载单元连接，用于根据所述角速度数字信号确定角速度同步控制信号，并输入至所述加载单元，以实现角速度的同步；通过力矩反馈和角速度反馈，形成闭环控制，从而实时调节对舵机***的加载，抑制多余的力矩，实现对整个大力矩加载过程的精确跟踪。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例实时嵌入式大力矩变加载***的模块结构示意图。
符号说明：
舵机***-1，上位机-2，下位机-3，传感单元-4，测速单元-5，加载单元-6。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种实时嵌入式大力矩变加载***，通过设置上位机、下位机、传感单元、测速单元、加载单元形成两个闭环控制***，上位机分别与传感单元和加载***连接，根据所述传感单元采集的转矩数字信号确定瞬时力矩控制信号，并输入至所述加载单元，下位机分别与所述测速单元和加载单元连接，用于根据所述角速度数字信号确定角速度同步控制信号，并输入至所述加载单元，以实现角速度的同步；通过力矩反馈和角速度反馈，形成闭环控制，从而实时调节对舵机***的加载，抑制多余的力矩，实现对整个大力矩加载过程的精确跟踪。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明实时嵌入式大力矩变加载***，与舵机***1连接。具体的，本发明实时嵌入式大力矩变加载***包括上位机2、下位机3、传感单元4、测速单元5及加载单元6。
其中，所述加载单元6与舵机***1连接，用于在所述舵机***1上进行力矩的加载，使所述舵机***1运动。所述传感单元4与所述舵机***1连接，用于实时获取所述舵机***1的转矩模拟信号，并转换为转矩数字信号；所述上位机1分别与传感单元4和加载***6连接，用于根据所述传感单元4采集的转矩数字信号确定瞬时力矩控制信号，并输入至所述加载单元6。
所述测速单元5与所述舵机***1连接，用于获取所述舵机***1的舵机转轴的角速度模拟信号，并转换为角速度数字信号；所述下位机3分别与所述测速单元4和加载单元6连接，用于根据所述角速度数字信号确定角速度同步控制信号，并输入至所述加载单元6，以实现角速度的同步。
其中，所述上位机2包括第一伺服控制模块和力矩控制模块；所述第一伺服控制模块与传感单元连接，用于根据所述传感单元获取的转矩数字信号获得电压信号，并输入所述力矩控制模块；所述力矩控制模块分别与第一伺服控制模块和加载单元连接，用于对所述电压信号进行比例-积分-微分调节，输出瞬时力矩控制信号至所述加载单元6。
此外，所述上位机2还包括定时器，所述定时器时钟分辨率为100纳秒，定时器周期为100微秒。
具体的，上位机2采用Windows+RTX软件解决方案，在电动加载模拟***应用很少，利用软件直接将软实时变为很强的硬实时特性，控制周期可以缩小到到0.5ms甚至更小到100us。在通信和同步机制方面，RTX通过共享内存机制与Win32程序进行数据交互，通过信号量，互斥体，事件等机制进行同步控制。在定时器方面，RTX提供快速精准的实时硬件抽象层定时器，完全依赖于硬件时钟的粒度和响应，其定时器时钟分辨率为100纳秒，最低定时器周期为100微秒。针对变加载***的软件体系结构，为了利用Windows丰富的绘图接口和友好的用户界面，利用Labview开发控制软件的界面，接受用户的指令并以图形方式显示***运行信息，实现与用户的信息交互。
RTX实时进程(RTSS)：周期性任务就是定时采样和控制，是控制***的主要任务，占用较多的处理器时间片，其任务是在每个控制周期里根据用户仿真及配置信息计算指令力矩，通过AD接口采集实际反馈力矩和舵机运动角速度，通过DI接口采集舵机运动角速度，控制算法的运算，控制量的DA输出以***运行状态的监控和处理等。采样和控制模块在定时器里实现，对定时采样和控制所需时间及控制性能要求综合考虑后，把控制周期定为0.5ms。
本发明采用LabVIEW编制了上位机的操作界面，主要完成对试验参数的定义、控制参数的调节和设置、控制试验过程的进行和显示试验状态等。控制方式选项用来选择力矩模式，位置模式等多种模式。加载信号选项用来选择给电机的加载曲线，分为阶跃信号和正弦信号，其幅值和频率可自行设定。
***力矩加载方法包括以下步骤：启动软件，对***进行自检；将舵机运动到零点位置；对***参数进行设置，包括加载方式的选择、加载参数的设置；进行力矩加载；加载完成后，上位机将提取存储在运动控制卡中的加载数据，对实验数据的离线处理，包括数据分析、数据回放、数据计算与显示。
其中，所述下位机3包括第二伺服控制模块及前馈补偿控制模块；所述第二伺服控制模块与所述测速单元连接，用于将根据所述角速度数字信号获得电流信号；所述前馈补偿控制模块分别与所述第二伺服控制模块及加载单元连接，用于对所述电流信号进行比例-积分-微分调节，获得角速度同步控制信号，并输入至所述加载单元。
具体的，所述下位机采用电流闭环；采用前馈补偿控制，通过舵机轴上安装的光电编码器获取的舵机转轴的角速度经测速单元转换为数字信号，再通过第二伺服控制模块获得电流信号，通过前馈补偿控制模块进行比例-积分-微分调节，将角速度信号输出给加载模块，以实现角速度的同步。
下位机还包括转矩的速度反馈，所述测速单元获得加载电机的转速，经伺服控制模块进行PID控制，输出给加载模块，增加***的阻尼比，改善***稳定性，满足频带达到指标要求。优选的，所述下位机可为西门子starter。
本发明实时嵌入式大力矩变加载***利用Windows+RTX的软件解决方案，不增加额外的硬件设备的情况下，把Windows操作***打造成实时操作***。在界面程序利用Labview开发控制软件***，且利用RTX开发实时控制后台RTSS程序。这种方案能够明显增加了***的可靠性，而且开发和调试简单，不会延长开发周期。该方案具有良好的加载效果，能够满足项目指标要求，具有很好的工程实用价值。
进一步采用控制补偿法，提出一种加载精度高且抑制多余力矩能力强的负载模拟器控制策略，对于大扭矩变加载***推广具有一定的工程实用价值。采用结构不变性原理加前馈补偿器进行补偿后，加载效果完全满足双十指标。采用电流和力矩的双闭环控制结构，使***既具有良好的稳态性能，又具有良好的动态性能。PID控制器和前馈补偿器一起作用对整体加载***的动态响应确实起到良好的作用。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种实时嵌入式大力矩变加载***，与舵机***连接，其特征在于，所述实时嵌入式大力矩变加载***包括上位机、下位机、传感单元、测速单元、加载单元；其中，
所述加载单元与舵机***连接，用于在所述舵机***上进行力矩的加载，使所述舵机***运动；
所述传感单元与所述舵机***连接，用于实时获取所述舵机***的转矩模拟信号，并转换为转矩数字信号；
所述上位机分别与传感单元和加载***连接，用于根据所述传感单元采集的转矩数字信号确定瞬时力矩控制信号，并输入至所述加载单元；
所述测速单元与所述舵机***连接，用于获取所述舵机***的舵机转轴的角速度模拟信号，并转换为角速度数字信号；
所述下位机分别与所述测速单元和加载单元连接，用于根据所述角速度数字信号确定角速度同步控制信号，并输入至所述加载单元，以实现角速度的同步。
2.根据权利要求1所述的实时嵌入式大力矩变加载***，其特征在于，所述上位机包括第一伺服控制模块和力矩控制模块；
所述第一伺服控制模块与传感单元连接，用于根据所述传感单元获取的转矩数字信号获得电压信号，并输入所述力矩控制模块；
所述力矩控制模块分别与第一伺服控制模块和加载单元连接，用于对所述电压信号进行比例-积分-微分调节，输出瞬时力矩控制信号至所述加载单元。
3.根据权利要求1所述的实时嵌入式大力矩变加载***，其特征在于，所述上位机还包括定时器，所述定时器时钟分辨率为100纳秒，定时器周期为100微秒。
4.根据权利要求1所述的实时嵌入式大力矩变加载***，其特征在于，所述下位机包括第二伺服控制模块及前馈补偿控制模块；
所述第二伺服控制模块与所述测速单元连接，用于将根据所述角速度数字信号获得电流信号；
所述前馈补偿控制模块分别与所述第二伺服控制模块及加载单元连接，用于对所述电流信号进行比例-积分-微分调节，获得角速度同步控制信号，并输入至所述加载单元。
5.根据权利要求1所述的实时嵌入式大力矩变加载***，其特征在于，所述下位机为西门子starter。
6.根据权利要求1所述的实时嵌入式大力矩变加载***，其特征在于，所述加载单元的加载周期为0.5ms。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109085373A (zh) * 2018-08-31 2018-12-25 高新兴创联科技有限公司 Ctcs-2列控车载设备速度测试装置及测试方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104091485A (zh) * 2014-04-11 2014-10-08 中北大学 一种双电机驱动的负载模拟器
CN105865808A (zh) * 2016-02-02 2016-08-17 北京理工大学 一种动力舱的负载模拟装置与模拟方法
CN105956325A (zh) * 2016-05-24 2016-09-21 北京航空航天大学 电液负载模拟器多余力的动态速度同步控制方法
CN106055753A (zh) * 2016-05-24 2016-10-26 北京航空航天大学 电液负载模拟器多余力的舵机指令动态补偿控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104091485A (zh) * 2014-04-11 2014-10-08 中北大学 一种双电机驱动的负载模拟器
CN105865808A (zh) * 2016-02-02 2016-08-17 北京理工大学 一种动力舱的负载模拟装置与模拟方法
CN105956325A (zh) * 2016-05-24 2016-09-21 北京航空航天大学 电液负载模拟器多余力的动态速度同步控制方法
CN106055753A (zh) * 2016-05-24 2016-10-26 北京航空航天大学 电液负载模拟器多余力的舵机指令动态补偿控制方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
付梦瑶: "电动负载模拟器的控制方法研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *
孙俊珍: "双跟踪加载***研究与实现", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *
陈德道: "《数控技术及其应用》", 31 January 2009, 国防工业出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109085373A (zh) * 2018-08-31 2018-12-25 高新兴创联科技有限公司 Ctcs-2列控车载设备速度测试装置及测试方法
CN109085373B (zh) * 2018-08-31 2021-03-23 高新兴创联科技有限公司 Ctcs-2列控车载设备速度测试装置及测试方法

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