通风盘式制动器试验台及其电惯量模拟控制方法

摘要

本发明属于机电一体化系统，涉及机械回转惯性系统的电气传动模拟和模拟复合制动状态下除受试制动器外的其它制动的制动力矩、同步测量组合制动力矩和机械摩擦制动力矩，特别是通风盘式制动器试验台及其电惯量模拟控制方法。通过同步采集飞轮转速、电机输出扭矩，按数学模型计算出电机的扭矩输出值，使得试验台在逼近理想飞轮且没有系统固有阻力的状态下运行。实现转动惯量的精确匹配，控制精度可满足高精度试验要求；节省投资和运行成本。

主权项

通风盘式制动器试验台的电惯量模拟控制方法，至少包括：1)对复合制动除受试制动器以外的其它制动产生的制动力矩T′_s，规定其为角速度的函数，根据试验要求给定，即T′_s＝T′_s(ω)：2)对试验台系统固有阻力T_R进行标定，规定其为角速度的函数，即T_R＝T_R(ω)；3)令：控制周期Δt＝t_n‑t_n‑1const，t_n＝n·Δt，n＝0，1，2，…；式中：t_n和t_n‑1均表示时刻；制动初始角速度为ω₀；制动末角速度为[ω]；n＝0；4)电机拖动飞轮运行到给定的初始角速度ω₀；速度稳定后受试制动器开始制动过程，电机拖动切换到力矩控制状态，此时为t₀时刻；在t₀时刻通过传感器同步采集电机转速信号、电机输出扭矩信号；根据采集的信号计算出t₀时刻电机的制动初始角速度ω₀、电机的实际输出扭矩T_m0；5)计算t₀时刻除受试制动器以外的其它制动产生的制动力矩T′_s0；根据下式：T′_s0＝T′_s(ω₀)；6)计算t₀时刻系统固有阻力矩T_R0；根据下式：T_R0＝T_R(ω₀)；7)令：n＝n+1；8)在t_n时刻通过传感器同步采集电机转速信号、电机输出扭矩信号；9)根据步骤8)采集的信号计算出t_n时刻电机的角速度ω_n、电机的实际输出扭矩T_mn；10)根据步骤9)得到的当前电机的角速度ω_n和步骤3)规定的制动末角速度[ω]，判定ω_n＞[ω]是否成立，若成立则进行步骤11)，否则进行步骤16)；11)计算t_n时刻除受试制动器以外的其它制动产生的制动力矩T′_sn；根据下式：T′_sn＝T′_s(ω_n)；12)计算t_n时刻系统固有阻力矩T_Rn；根据下式：T_Rn＝T_R(ω_n)；13)按电惯量模拟的数学模型计算出t_n时刻电机扭矩计算输出值；14)控制电机输出扭矩逼近电机扭矩计算输出值；15)令n＝n+1，进行步骤8)；16)退出电惯量模拟；所述的按电惯量模拟的数学模型计算出t_n时刻电机扭矩计算输出值T_mn是依据数学模型公式：在制动过程的任一时刻t_n：t_n＝n·Δt，n＝0，1，2，…当n＝0，1，2，…时：$T_{mn}=\frac{\left(I-I_f\right)·\left({\omega }_O-{\omega }_n\right)}{\Delta t}-\underset{i=0}{\overset{i=n-1}{\Sigma }}{T}_{mi}-\underset{i=0}{\overset{i=n}{\Sigma }}{T}_{si}^{\prime }+\underset{i=0}{\overset{i=n}{\Sigma }}{T}_{Ri}$式中，Δt是控制周期，I是理想飞轮的转动惯量，I_f是飞轮的实际转动惯量，ω₀是飞轮的初始角速度，ω_n是飞轮在t_n时刻检测的角速度，T_mi、T′_si、T_Ri分别是在t_i＝i·Δt时刻检测的电机实际输出扭矩、给定的除受试制动器以外的其它制动产生的制动力矩、标定的试验台系统固有阻力矩；该方法采用的通风盘式制动器试验台至少包括机械摩擦制动扭矩测量装置(1)、组合制动扭矩传感器(2)、飞轮或飞轮组(3)、电机输出扭矩传感器(4)、拖动电机(5)、测速传感器(6)、电惯量模拟控制单元(7)和电气传动控制单元(8)；拖动电机(5)和飞轮或飞轮组(3)之间安装有电机输出扭矩传感器(4)，轴端安装有测速传感器(6)，受试制动器(9)和飞轮或飞轮组(3)之间安装有组合制动扭矩传感器(2)，受试制动器(9)上安装有机械摩擦制动扭矩测量装置(1)，测速传感器(6)、电机输出扭矩传感器(4)分别与电惯量模拟控制单元(7)电连接，由电气传动控制单元(8)驱动拖动电机(5)拖动飞轮或飞轮组(3)运行到设定转速，开始制动过程；由电惯量模拟控制单元(7)获取电机输出扭矩传感器(4)和测速传感器(6)同步采集的飞轮转速、电动机输出扭矩，电惯量模拟控制单元(7)依据数学模型计算出电机的扭矩输出值，使得试验台在逼近理想飞轮且没有系统固有阻力的状态下运行；同时配置机械摩擦制动扭矩测量装置和组合制动扭矩传感器，可测量通风盘式制动器的机械摩擦制动力矩和组合制动力矩，实现对制动器制动效能的分析。