TWI646319B

TWI646319B - Adjustable nonlinear false load measuring system and method

Info

Publication number: TWI646319B
Application number: TW106137271A
Authority: TW
Inventors: 謝宗翰; 原懷馬; 宋振宇
Original assignee: 逢甲大學
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2019-01-01
Also published as: TW201917365A

Abstract

本發明為一種可調控非線性假負載量測系統，包含調控裝置、待測物以及儲存裝置，利用調控裝置以量測待測物的扭力、轉速及相關性能參數，並將量測結果儲存在儲存裝置內。調控裝置包含資料截取與控制電路、諧波產生器、負載控制電路、假負載裝置、功率產生器以及顯示裝置，資料截取與控制電路連接諧波產生器、負載控制電路、假負載裝置及顯示裝置，負載控制電路連接假負載裝置及功率產生器。功率產生器進一步與外部的待測物連接，顯示裝置則與外部的儲存裝置連接。以獲得不同的等效功率，形成可調的輸出功率，據此量測出待測物之扭力、轉速值及其他性能參數。

Description

可調控非線性假負載量測系統及方法

本發明涉及一種可調控非線性假負載量測系統及方法，尤其是以資料截取與控制電路為控制核心，構成一個閉環負反饋控制環路，藉以獲得不同的等效功率，形成連續可調的輸出功率，據此量測出待測物之扭力、轉速值及其他性能參數。

在家電、照明及工業用的產品和設備中，非線性負載的應用非常普遍，如：微波爐的磁控管、電磁爐的感應線圈、各種氣體放電燈管、感應加熱用的加熱線圈等，此類的產品在寬範圍的輸入電壓或是寬範圍的負載變動下，若使用一般電源供應器常用的定電壓或定電流的控制方法，則輸入或輸出功率常會無法有效的控制。

因而，為了確保系統在任何工作狀態皆能保持穩定的能量輸出，定功率控制已成為非線性負載應用產品的主要控制方向。

目前一般實現定功率控制的方式係藉由偵測電壓訊號與電流訊號，並將這兩個訊號提供給微控制器（Micro-Controller Unit, MCU）或數位訊號處理器（Digital Signal Processor, DSP）做運算，由於功率的計算常會用到乘法或更複雜的均方根（root-mean-square, RMS）運算，因此將會耗掉微控制器或數位訊號處理器許多運算資源，進而影響其他更重要的工作排程。

因此，需要一種不同動力輸入源之開關型暨可連續控制式之非線性扭力電子負載與動力性能量測系統的設計，達到優良的精度、穩定性與非線性動態回應，並可進一步結合精確的軟體控制，藉以實現快速電源測量兼顧準確之量測精度。

本發明主要提供一種可調控非線性假負載量測系統，包含調控裝置、待測物以及儲存裝置，其中，利用調控裝置以量測待測物的扭力、轉速及相關性能參數，並將量測結果儲存在儲存裝置內。

例如待測物可以為引擎或馬達，此外，儲存裝置可以為記憶體或記憶卡。

調控裝置包含資料截取與控制電路、諧波產生器、負載控制電路、假負載裝置、功率產生器以及顯示裝置，其中，資料截取與控制電路連接諧波產生器、負載控制電路、假負載裝置及顯示裝置，負載控制電路連接假負載裝置及功率產生器。

另外，功率產生器進一步與外部的待測物連接，顯示裝置則與外部的儲存裝置連接。

本發明整體操作是，諧波產生器產生鋸齒波傳送至資料截取與控制電路，同時比例積分微分運算器運算假負載裝置得到回饋電壓，並進一步比較鋸齒波及回饋電壓，形成並發送高頻脈衝寬度調變波至負載控制電路。

此外，待測物帶動功率產生器產生感測電源，而功率產生器將感測電源傳遞至負載控制電路，負載控制電路接收高頻脈衝寬度調變波以及感測電源，通過內部的誤差比較器調節後，形成假負載電源並傳送到假負載裝置。

假負載裝置接收假負載電源並消耗電力，同時與資料截取與控制電路及負載控制電路構成一個閉環負反饋控制環路，使得假負載裝置形成不同的功率值，藉以獲得不同的等效功率，形成連續可調的輸出功率，而輸出功率再經由負載控制電路及功率產生器回溯至待測物，據此量測出待測物之扭力、轉速值及其他性能參數。

本發明特點在於，可調控式電子負載具有優良的精度、穩定性與非線性動態回應，並可進一步結合精確的軟體控制，藉以實現快速電源測量兼顧準確之量測精度。

以下配合圖示及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。

本發明為一種可調控非線性假負載量測系統，如第1圖所示，包含調控裝置10、待測物20及儲存裝置30，其中，利用調控裝置10量測待測物20的扭力、轉速及相關性能參數，並將量測結果儲存在儲存裝置30內。

例如待測物20可以為各類引擎或是各類馬達，比如噴射引擎、單行程引擎、四行程引擎、交直流無刷馬達、交流馬達或直流馬達，此外，儲存裝置30可以為記憶體、記憶卡等。

調控裝置10包含資料截取與控制電路11、諧波產生器12、負載控制電路13、假負載裝置14、功率產生器15以及顯示裝置16。資料截取與控制電路11連接諧波產生器12、負載控制電路13、假負載裝置14及顯示裝置16，負載控制電路13連接假負載裝置14及功率產生器15。

另外，功率產生器15進一步與外部的待測物20連接，顯示裝置16則與外部的儲存裝置30連接。

資料截取與控制電路11可包含比例積分微分(PID)運算器，且接收來自諧波產生器12所產生的鋸齒波，並利用PID運算器計算假負載裝置14得到回饋電壓，再與鋸齒波做比較，而產生並發送高頻脈衝寬度調變(PWM)波。

功率產生器15可包含馬達控制器、扭力變速機構、扭力推桿及感應受力裝置，功率產生器15是經由來自外部待測物20的帶動，並產生感測電源同時傳送至負載控制電路13。

負載控制電路13可包含誤差比較器，接收來自資料截取與控制電路11的PWM波，以及接收來自功率產生器15的感測電源，並進一步經過誤差比較器的調節後，產生並發送假負載電源。例如，負載控制電路13可以為微型控制器透過韌體來執行，或可以為中央處理器透過軟體來執行。

假負載裝置14接收來自負載控制電路13的假負載電源，而消耗電力，並進一步與資料截取與控制電路11及負載控制電路13構成一個閉環負反饋控制環路。

顯示裝置16接收並顯示由資料截取與控制電路11截取的功率產生器15之輸出功率，且進一步傳送至外部的儲存裝置30儲存。

簡而言之，本發明整體操作是，諧波產生器12產生鋸齒波傳送至資料截取與控制電路11，同時PID運算器運算假負載裝置14而產生回饋電壓，經由資料截取與控制電路11比較鋸齒波及回饋電壓形成並發送PWM波至負載控制電路13，此外，待測物20帶動功率產生器15產生感測電源，並將感測電源傳遞至負載控制電路13，負載控制電路13接收PWM波以及感測電源，通過誤差比較器且調節後，傳送假負載電源到假負載裝置14，構成一個閉環負反饋控制環路，使得假負載裝置14形成不同的功率值，藉以獲得不同的等效功率，形成連續可調的輸出功率，輸出功率再經由負載控制電路13及功率產生器15回溯至待測物20，據此量測出待測物20之扭力、轉速值及其他性能參數。

本發明可調控非線性假負載的量測方法，如第2圖所示，是利用利用包含資料截取與控制電路、比例積分微分運算器、諧波產生器、負載控制電路、誤差比較器、假負載裝置及功率產生器的系統量測待測物，包含第一步驟S1、第二步驟S2及第三步驟S3。

第一步驟S1，產生一高頻脈衝寬度調變(PWM)波，諧波產生器產生一鋸齒波傳送到資料截取與控制電路，比例積分微分運算器計算假負載裝置得到一回饋電壓，資料截取與控制電路比較鋸齒波及回饋電壓產生高頻脈衝寬度調變波，並發送至負載控制電路。

第二步驟S2，產生一感測電源，功率產生器經由待測物的帶動，產生感測電源同時傳送至負載控制電路。

第三步驟S3，產生一假負載電源，負載控制電路接收高頻脈衝寬度調變波及感測電源，並透過誤差比較器調節，產生假負載電源，傳遞至假負載裝置，構成一個閉環負反饋控制環路。

進一步而言，重複第一步驟S1至第三步驟S3，使得假負載裝置形成不同的功率值，藉以獲得不同的等效功率，形成連續可調的輸出功率，輸出功率再經由負載控制電路及功率產生器回溯至待測物，用以量測出該待測物之性能參數。

本發明主要特點在於，本發明提供一種渦輪噴射引擎暨飛控用電動馬達同時共用之可控型非線性假負載的性能量測系統，整體系統包含馬達、馬達控制器、電子負載控制器、非線性假負載、資料截取系統，具體而言本系統為一種提供兩不同動力輸入源之開關型暨可連續控制式之非線性扭力電子負載與動力性能量測，國內迄今尚未有相似量測系統的設計，特別是針對電子負載之設計方式。

本發明以資料截取與控制電路為控制核心，通過諧波發生器產鋸齒波與經比例積分運算得到的回饋電壓作比較產生高頻PWM波控制電子負載消耗控制電路，然後經過誤差比較器的調節構成閉環負反饋控制環路，此外，開關型可控式電子負載具有優良的精度、穩定性與非線性動態回應，並可進一步結合精確的軟體控制，藉以實現快速電源測量兼顧準確之量測精度。

以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。

10‧‧‧調控裝置

11‧‧‧資料截取與控制電路

12‧‧‧諧波產生器

13‧‧‧負載控制電路

14‧‧‧假負載裝置

15‧‧‧功率產生器

16‧‧‧顯示裝置

20‧‧‧待測物

30‧‧‧儲存裝置

第1圖顯示本發明可調控非線性假負載量測系統示意圖。第2圖顯示本發明可調控線性假負載量測方法的流程圖。

Claims

一種可調控非線性假負載量測系統，包含：一調控裝置，包含一資料截取與控制電路、一諧波產生器、一負載控制電路、一假負載裝置、一功率產生器及顯示裝置；一待測物，為一引擎或一馬達；以及一儲存裝置；其中，該調控裝置連接該待測物及該儲存裝置，該資料截取與控制電路連接該諧波產生器、該負載控制電路、該假負載裝置及該顯示裝置，該負載控制電路連接該假負載裝置及該功率產生器，該功率產生器連接外部的該待測物，該顯示裝置連接外部的該儲存裝置，該資料截取與控制電路進一步包含一比例積分微分運算器，該負載控制電路包含一誤差比較器，該諧波產生器產生一鋸齒波傳送到該資料截取與控制電路，該比例積分微分運算器計算該假負載裝置得到一回饋電壓，該資料截取與控制電路比較該鋸齒波及該回饋電壓產生一高頻脈衝寬度調變波，並發送至該負載控制電路，該待測物帶動該功率產生器，使得該功率產生器產生一感測電源，且傳遞到該負載控制電路，該負載控制電路接收該高頻脈衝寬度調變波及該感測電源，並透過該誤差比較器調節，形成一假負載電源，發送至該假負載電路，構成一閉環負反饋控制環路。
如申請專利範圍第1項所述之可調控非線性假負載量測系統，其中，該馬達為交直流無刷馬達、交流馬達或直流馬達，該引擎為噴射引擎、單行程引擎或四行程引擎。
如申請專利範圍第1項所述之可調控非線性假負載量測系統，其中，該功率產生器進一步包含一馬達控制器、一扭力變速機構、一扭力推桿及一感應受力裝置。
如申請專利範圍第1項所述之可調控非線性假負載量測系統，其中，該負載控制電路為一微控制器或一中央處理器。
一種可調控非線性假負載的量測方法，利用包含一資料截取與控制電路、一比例積分微分運算器、一諧波產生器、一負載控制電路、一誤差比較器、一假負載裝置及一功率產生器的系統量測一待測物，包含：一第一步驟，產生一高頻脈衝寬度調變(PWM)波，該諧波產生器產生一鋸齒波傳送到該資料截取與控制電路，該比例積分微分運算器計算該假負載裝置得到一回饋電壓，該資料截取與控制電路比較該鋸齒波及該回饋電壓產生該高頻脈衝寬度調變波，並發送至該負載控制電路；一第二步驟，產生一感測電源，該功率產生器經由該待測物的帶動，產生該感測電源同時傳送至該負載控制電路；一第三步驟，產生一假負載電源，該負載控制電路接收該高頻脈衝寬度調變波及該感測電源，並透過該誤差比較器調節，產生該假負載電源，傳遞至該假負載裝置，構成一個閉環負反饋控制環路；其中，重複該第一步驟至該第三步驟，使得該假負載裝置形成不同的功率值，藉以獲得不同的等效功率，形成連續可調的輸出功率，輸出功率再經由該負載控制電路及該功率產生器回溯至該待測物，用以量測出該待測物之性能參數。