CN108776302A - 基于can总线的电机台架实验装置及负载控制方法 - Google Patents

基于can总线的电机台架实验装置及负载控制方法 Download PDF

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周凯
艾民
金宁治
刘金凤
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Abstract

本发明涉及一种基于CAN总线的电机台架实验装置及负载控制方法。传统的磁粉制动器的退磁方式有两种，精度要求不高的场合，采用反向恒流退磁方式，精度要求较高的需采用正弦振荡退磁方式。本发明组成包括：磁粉制动器（5），所述的磁粉制动器具有励磁控制端接口，所述的励磁控制端接口通过导线与励磁控制器（4）连接，所述的励磁控制器通过CAN总线（3）与CAN分析仪（2）连接，所述的CAN分析仪通过USB接口与计算机（1）连接，所述的磁粉制动器通过联轴器A（6）与转矩传感器（7）连接，所述的转矩传感器通过联轴器B（8）与被测电机（9）连接，所述的被测电机通过导线与电机控制器（10）连接。本发明用于基于CAN总线的电机台架实验装置。

Description

基于CAN总线的电机台架实验装置及负载控制方法
技术领域：
本发明涉及一种基于CAN总线的电机台架实验装置及负载控制方法。
背景技术：
传统的磁粉制动器的退磁方式有两种，对于精度要求不高的应用场合，可以采用反向恒流退磁方式，对于精度要求较高的场合需采用正弦振荡退磁方式。对于磁粉制动器目标励磁电流跟踪的性能直接影响磁粉制动器控制***的精度，对电机实验的准确性起决定作用，由于磁粉制动器每次使用完后内部会存有剩磁，剩磁的存在会影响下一次实验的精度，因此还需对磁粉制动器进行退磁控制。
随着电机设计水平、工艺水平的进一步提升，以及电机原材料的性能不断提高，加之更为严苛的应用领域对电机性能和质量指标提出了越来越高的要求，电机台架实验是对电机机械结构稳定性及动力性能高效性综合评价的重要环节，是电机实际应用前的重要工序，磁粉制动器是一种性能优良的流控型装置，是较为合适的负载设备，能够为电机提供制动力矩，它以磁粉作为运转介质，由相互独立的两部分机械结构组成，利用电磁原理实现制动控制，当励磁电流经滑环加载到磁性线圈时，磁粉被迅速磁化并聚集为磁粉链形成磁联结力，此时制动器内部变为刚性联接，线圈断电后，磁粉恢复到起初的松散状态，磁粉无法进行转矩的传递。
发明内容：
本发明的目的是提供一种基于CAN总线的电机台架实验装置及负载控制方法。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种基于CAN总线的电机台架实验装置，其组成包括：磁粉制动器，所述的磁粉制动器具有励磁控制端接口，所述的励磁控制端接口通过导线与励磁控制器连接，所述的励磁控制器通过CAN总线与CAN分析仪连接，所述的CAN分析仪通过USB接口与计算机连接，所述的磁粉制动器通过联轴器A与转矩传感器连接，所述的转矩传感器通过联轴器B与被测电机连接，所述的被测电机通过导线与电机控制器连接。
所述的基于CAN总线的电机台架实验装置，所述的励磁控制器内部具有单片机，所述的单片机的CAN总线接口、所述的电机控制器的CAN通信接口与所述的CAN分析仪连接，所述的转矩传感器前端具有信号输出端，所述的信号输出端通过导线与所述的励磁控制器连接。
一种基于CAN总线的电机台架实验装置及负载控制方法。该方法包括如下步骤：首先是将计算机、CAN分析仪、励磁控制器、磁粉制动器、转矩传感器以及被测电机安装在台架上，利用虚拟仪器软件LabVIEW为平台设计上位机界面，所述的上位机界面实时显示电机转速、转矩及励磁电流，实现对磁粉制动器励磁电流的连续调节，控制电机转速，励磁/退磁功能切换，两种退磁方式的选择，显示退磁曲线，实时显示CAN总线传输的数据信息，能够以图、表等形式存储数据；
所述的CAN分析仪通过USB接口与计算机相连，实现总线双向数据传输，接收计算机指令，将采集到的***数据上传至计算机，在上位机界面上显示，励磁控制器内部包括电源，核心控制部件为单片机，所述的单片机能够将转速、转矩、负载电流反馈等模拟信号通过模拟/数字转换模块转变为数字信号，所述的单片机通过上位机指令实时调节PWM模块输出脉冲信号的占空比，进而调节励磁控制器的输出，所述的单片机的CAN通信接口、电机控制器的CAN通信接口与CAN分析仪相连，与上位机双向通信；
所述的励磁控制器的主电路使用三种电压等级的电源，分别为+5V、+12V和+36V，P1.0—P1.4接线端分别于与单片机引脚相连，所述的磁粉制动器的额定电压为36V，内阻为11Ω，额定励磁电流最大为3.3A，励磁控制时，P1.2引脚为低电平，继电器线圈不吸合，+36V电源可加至控制回路中；
励磁电路为降压斩波电路，由FET3、L1、FET2和D3构成，电路进行励磁控制时，P1.0为低电平，IR2101(U1)第7管脚输出低电平，FET1关断，P1.3为高电平，IR2101(U1)第5管脚输出高电平，FET2持续导通，三极管T1导通，IR2101(U3)第3管脚为低电平，相应的第5管脚输出低电平，三极管T2关断，将宽度可调的脉冲信号加到IR2101(U3)第2管脚，高电平时FET3导通，电源向负载供电，负载电流按照指数曲线上升，低电平时FET3关断，负载电流经FET2、D3和L1续流，负载电流呈指数曲线下降，为了使负载电流连续且减小脉动，串接电感L1的感值为15mH，至一个周期结束再重复同一过程，当电路达到稳态时，负载电流在一个周期的初值与终值相等；
利用FET1、T2、R8构成磁粉制动器恒流退磁电路，此时设置P1.0为高电平，FET1导通，P1.1为低电平，FET3关断，P1.3为低电平，FET2关断，T2导通，在FET1与T2导通状态下，负载Rload1相当于与可变电阻R8串联，此时调整R8的阻值即可调节退磁电流，退磁电流取0.2 A左右，退磁时间持续2-3s即可完成退磁；
利用FET1、T2 和FET2、FET3构成桥式电路，按照正弦脉冲宽度调制方式成对导通，FET2、FET3导通，在磁粉制动器控制端加载正弦励磁电流的正半周， FET1、T2导通，磁粉制动器控制端加载正励磁电流的负半周，正负半周波形同时按一定的时间常数逐步减小幅值，幅值降至零后，剩磁可全部消除。
有益效果：
1.本发明是一种基于CAN总线的电机台架实验装置及其负载控制方法，该
结构方法能够实现传统设备不能同时进行的两种退磁方式，退磁时，P1.2引脚为高电平，继电器线圈吸合，+12V电源可加至控制回路中，这样可以保证桥式电路左右两桥臂电源电压均为+12V，便于控制。
本发明的电机实验台采用上位机控制方式，其设置及显示的内容丰富，包括实时显示电机转速、转矩及励磁电流，能够实现对磁粉制动器励磁电流的连续调节，能够控制电机转速，励磁/退磁功能切换，两种退磁方式的选择，退磁曲线的显示，能够实时显示CAN总线传输的数据信息，能够以图、表等形式存储数据。
本发明的实验台负载采用磁粉制动器，利用电磁原理传递力矩，其制动力矩与励磁电流基本成正比关系，调节励磁电流大小即可达到无级控制，其结构简单，使用方便，准确度高，这种负载对测验中、小型电动机转矩十分合适。
本发明的励磁与退磁控制电路采用创新设计，将励磁、恒流退磁和正弦振荡退磁集于一体，单片机通过合理编程，接收上位机指令即可完成任意一种工作方式。
本发明将上位机控制引入实验环节，利用CAN总线通信协议完成上位机与下位机之间的通信，进一步提高测试手段的灵活性。
附图说明：
附图1是本发明的结构示意图。
附图2是本发明的整体***控制流程图。
附图3是本发明的励磁控制主电路结构图。
附图4是本发明的CAN总线结构图。
具体实施方式：
实施例1：
一种基于CAN总线的电机台架实验装置，其组成包括：磁粉制动器5，所述的磁粉制动器具有励磁控制端接口，所述的励磁控制端接口通过导线与励磁控制器4连接，所述的励磁控制器通过CAN总线3与CAN分析仪2连接，所述的CAN分析仪通过USB接口与计算机1连接，所述的磁粉制动器通过联轴器A6与转矩传感器7连接，所述的转矩传感器通过联轴器B8与被测电机9连接，所述的被测电机通过导线与电机控制器10连接。
实施例2：
根据实施例1所述的基于CAN总线的电机台架实验装置，所述的励磁控制器内部具有单片机，所述的单片机的CAN总线接口、所述的电机控制器的CAN通信接口与所述的CAN分析仪连接，所述的转矩传感器前端具有信号输出端，所述的信号输出端通过导线与所述的励磁控制器连接。
实施例3：
一种利用实施例1-2所述的基于CAN总线的电机台架实验装置的负载控制方法，本方法是：首先是将计算机、CAN分析仪、励磁控制器、磁粉制动器、转矩传感器以及被测电机安装在台架上，利用虚拟仪器软件LabVIEW为平台设计上位机界面，所述的上位机界面实时显示电机转速、转矩及励磁电流，实现对磁粉制动器励磁电流的连续调节，控制电机转速，励磁/退磁功能切换，两种退磁方式的选择，显示退磁曲线，实时显示CAN总线传输的数据信息，能够以图、表等形式存储数据；
所述的CAN分析仪通过USB接口与计算机相连，实现总线双向数据传输，接收计算机指令，将采集到的***数据上传至计算机，在上位机界面上显示，励磁控制器内部包括电源，核心控制部件为单片机，所述的单片机能够将转速、转矩、负载电流反馈等模拟信号通过模拟/数字转换模块转变为数字信号，所述的单片机通过上位机指令实时调节PWM模块输出脉冲信号的占空比，进而调节励磁控制器的输出，所述的单片机的CAN通信接口、电机控制器的CAN通信接口与CAN分析仪相连，与上位机双向通信；
所述的励磁控制器的主电路使用三种电压等级的电源，分别为+5V、+12V和+36V，P1.0—P1.4接线端分别于与单片机引脚相连，U2为高精度电流传感器，具备正反双向电流测试能力，其输出为电压信号，且与电流呈严格线性关系，用做电流闭环控制的反馈信号；
所述的磁粉制动器的额定电压为36V，内阻为11Ω，额定励磁电流最大为3.3A，励磁控制时，P1.2引脚为低电平，继电器线圈不吸合，+36V电源可加至控制回路中；
励磁电路为降压斩波电路，由FET3、L1、FET2和D3构成，电路进行励磁控制时，P1.0为低电平，IR2101(U1)第7管脚输出低电平，FET1关断，P1.3为高电平，IR2101(U1)第5管脚输出高电平，FET2持续导通，三极管T1导通，IR2101(U3)第3管脚为低电平，相应的第5管脚输出低电平，三极管T2关断，将宽度可调的脉冲信号加到IR2101(U3)第2管脚，高电平时FET3导通，电源向负载供电，负载电流按照指数曲线上升，低电平时FET3关断，负载电流经FET2、D3和L1续流，负载电流呈指数曲线下降，为了使负载电流连续且减小脉动，串接电感L1的感值为15mH，至一个周期结束再重复同一过程，当电路达到稳态时，负载电流在一个周期的初值与终值相等；
利用FET1、T2、R8构成磁粉制动器恒流退磁电路，此时设置P1.0为高电平，FET1导通，P1.1为低电平，FET3关断，P1.3为低电平，FET2关断，T2导通，在FET1与T2导通状态下，负载Rload1相当于与可变电阻R8串联，此时调整R8的阻值即可调节退磁电流，退磁电流取0.2 A左右，退磁时间持续2-3s即可完成退磁；
利用FET1、T2 和FET2、FET3构成桥式电路，按照正弦脉冲宽度调制方式成对导通，FET2、FET3导通，在磁粉制动器控制端加载正弦励磁电流的正半周， FET1、T2导通，磁粉制动器控制端加载正励磁电流的负半周，正负半周波形同时按一定的时间常数逐步减小幅值，幅值降至零后，剩磁可全部消除。

Claims (3)

1.一种基于CAN总线的电机台架实验装置，其组成包括：磁粉制动器，其特征是：所述的磁粉制动器具有励磁控制端接口，所述的励磁控制端接口通过导线与励磁控制器连接，所述的励磁控制器通过CAN总线与CAN分析仪连接，所述的CAN分析仪通过USB接口与计算机连接，所述的磁粉制动器通过联轴器A与转矩传感器连接，所述的转矩传感器通过联轴器B与被测电机连接，所述的被测电机通过导线与电机控制器连接。
2.根据权利要求1所述的基于CAN总线的电机台架实验装置，其特征是：所述的励磁控制器内部具有单片机，所述的单片机的CAN总线接口、所述的电机控制器的CAN通信接口与所述的CAN分析仪连接，所述的转矩传感器前端具有信号输出端，所述的信号输出端通过导线与所述的励磁控制器连接。
3.一种利用权利要求1-2之一所述的基于CAN总线的电机台架实验装置的负载控制方法，其特征是：该方法包括如下步骤：
首先是将计算机、CAN分析仪、励磁控制器、磁粉制动器、转矩传感器以及被测电机安装在台架上，利用虚拟仪器软件LabVIEW为平台设计上位机界面，所述的上位机界面实时显示电机转速、转矩及励磁电流，实现对磁粉制动器励磁电流的连续调节，控制电机转速，励磁/退磁功能切换，两种退磁方式的选择，显示退磁曲线，实时显示CAN总线传输的数据信息，能够以图、表等形式存储数据；所述的CAN分析仪通过USB接口与计算机相连，实现总线双向数据传输，接收计算机指令，将采集到的***数据上传至计算机，在上位机界面上显示，励磁控制器内部包括电源，核心控制部件为单片机，所述的单片机能够将转速、转矩、负载电流反馈等模拟信号通过模拟/数字转换模块转变为数字信号，所述的单片机通过上位机指令实时调节PWM模块输出脉冲信号的占空比，进而调节励磁控制器的输出，所述的单片机的CAN通信接口、电机控制器的CAN通信接口与CAN分析仪相连，与上位机双向通信；利用FET1、T2 和FET2、FET3构成桥式电路，按照正弦脉冲宽度调制方式成对导通，FET2、FET3导通，在磁粉制动器控制端加载正弦励磁电流的正半周， FET1、T2导通，磁粉制动器控制端加载正励磁电流的负半周，正负半周波形同时按一定的时间常数逐步减小幅值，幅值降至零后，剩磁可全部消除。
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