电机力矩波动系数的测量系统及其测量方法

摘要

电机力矩波动系数的测量系统及其测量方法，本发明具体涉及电机力矩波动系数的测量系统及其测量方法。电机力矩波动系数的测量系统的稳压源为被测电机和测功机提供电能，测功机给被测电机提供反相力矩，使被测电机处于连续堵转的状态；单片机控制步进电机使被测电机的定子转动一周，在转动过程中，通过测功机测量被测电机的力矩数据，并将该力矩数据发送至单片机，单片机将接收到的力矩数据进行A/D转换发送至上位机；上位机将力矩数据与时间数据进行拟合获得，力矩与时间的关系；采用非线性补偿的方法，对力矩数据进行补偿获得补偿后的力矩数据；获得力矩数据的波动系数。本发明适用于机械制造、自动控制、航空航天以及国防等领域。

主权项

基于电机力矩波动系数的测量系统的测量方法，所述测量系统通过测量被测电机(4)的力矩实现的，所述测量系统包括单片机(1)、步进电机(2)、稳压源(3)、测功机(5)和上位机(6)，所述的稳压源(3)为被测电机(4)和测功机(5)提供电能，单片机(1)的控制数据输出端与步进电机(2)控制数据输入端连接，步进电机(2)用于驱动被测电机(4)的定子转动一周，被测电机(4)的力矩输出端与测功机(5)的测量力矩端连接，测功机(5)的力矩数据输出端与单片机(1)的力矩数据输入端连接，单片机(1)的力矩数据输出端与上位机(6)的力矩数据输入端连接，上位机(6)用于将力矩数据与时间数据进行拟合获得力矩数据与时间数据的关系，采用非线性补偿的方法对力矩数据进行补偿获得补偿后的力矩数据，通过计算获得力矩数据的波动系数，并显示该系数；其特征在于：该测量方法包括下述步骤：步骤一、稳压源(3)为被测电机(4)和测功机(5)提供电能，加在被测电机(4)两端的电压为U，测功机(5)给被测电机(4)提供反相力矩，使被测电机(4)处于连续堵转的状态；在连续堵转的状态，测量获得所述的被测电机(4)的磁感应强度为B，被测电机(4)中导体中切割磁感线的长度为L，被测电机(4)中电枢的半径为L₁，被测电机(4)的比热容为c，被测电机(4)的质量为m，被测电机(4)在0℃时的电阻值为R₀，步骤二、单片机(1)控制步进电机(2)使被测电机(4)的定子转动一周，在转动过程中，通过测功机(5)测量被测电机(4)的力矩数据，并将该力矩数据发送至单片机(1)，单片机(1)将接收到的力矩数据进行A/D转换，并将经过A/D转换后的力矩数据发送至上位机(6)；步骤三、上位机(6)将力矩数据与时间数据进行拟合获得，力矩与时间的关系：$X=\frac{a}{\sqrt{t+b}}---\left(1\right)$其中，X表示被测电机(4)的力矩数据序列，X是一个一维含有24941个元素的序列；a、b均为常数，$a={\mathrm{BLL}}_1\sqrt{\frac{\mathrm{cm}}{{2\mathrm{\alpha R}}_0}}---\left(2\right)$$b=\frac{{\mathrm{cmR}}_0{(1+{\mathrm{\alpha T}}_{t=0})}^2}{{2U}^2\alpha }---\left(3\right)$α为电阻温度系数，T为时间t时刻的温度，t为时间，单位为s，t＝0、1、2……；步骤四、采用非线性补偿的方法，根据公式(4)对力矩数据进行补偿获得补偿后的力矩数据：X_i＝X_i+e₁‑e_n   (4)其中，X_i为被测电机(4)的力矩数据序列X中的一个元素，表示第i个元素的力矩值，i＝1、2、……、24941，X'表示补偿后的被测电机(4)的力矩数据序列，X′_i为补偿后的被测电机(4)的力矩数据序列X'中第i个元素的力矩值，e_n为第n子周期的均值，步骤五、根据公式(5)获得力矩数据的波动系数K：$K=\frac{{X^{\prime }}_{\max }-{X^{\prime }}_{\min }}{{X^{\prime }}_{\max }+{X^{\prime }}_{\min }}\times 100\%---\left(5\right)$其中，X'_max为补偿后X'序列中的最大力矩值，X'_min为补偿后X'序列中的最小力矩值。