电惯量模拟通风盘式制动器试验台及电惯量模拟控制方法.pdf

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系统的制动力矩、同步测量组合制动力矩和机械摩擦制动力矩，特别是电惯量模拟通风盘式制动器试验台及电惯量模拟控制方法。通过同步采集飞轮转速、电动机输出扭矩、受试制动器组合制动力矩，按数学模型计算出电机应补偿的总能量，同时算出电机已补偿的总能量并得出二者之差，据此计算出电动机的扭矩输出值并给定，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。它具备能量补偿误差的自动补偿功能，从而将总误差控制在很小的范围内；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。

权利要求书
1.   电惯量模拟通风盘式制动器试验台，其特征是：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）、组合制动扭矩传感器（2）、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）获取组合制动扭矩传感器（2）、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、组合制动扭矩，电惯量模拟控制（7）依据数学模型计算出电机应补偿的总能量，同时算出电机已补偿的总能量并得出二者之差，然后计算出拖动电机（5）在下一个控制周期的扭矩输出值，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。

2.   根据权利要求1所述的电惯量模拟通风盘式制动器试验台，其特征是：所述的依据数学模型计算出电机应补偿的总能量Em是依据数学模型公式：
Em=(1‑K)·Es‑K·E′s+ER
式中，Es是受试制动器消耗的能量，E′s是模拟的除受试制动器外其它制动消耗的能量，ER是系统固有阻力在制动过程中消耗的能量，If是飞轮的转动惯量，I是理想飞轮的转动惯量，Ef0是飞轮在制动初始时的动能，E是理想飞轮的动能。

3.   电惯量模拟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TR进行标定，规定其为角速度的函数，即
TR=TR(ω)
3)令：控制周期Δt=ti+1‑ti=const，ti=i·Δt，i=0,1,2…n;
式中:ti+1和ti均表示时刻;
制动初始速度为ω0;
制动末速度为[ω];
对下述参数进行初始化:
Es0=0，是t0时刻受试制动器消耗的总能量=0;
E′s0=0，是t0时刻除受试制动器外其他制动当前消耗的总能量=0;
ER0=0，是t0时刻系统固有阻力消耗的总能量=0;
Em0=0，是t0时刻电机应补偿的总能量=0;
E′m0=0，是t0时刻电机已补偿的总能量=0;
i=0
4)电机拖动飞轮运行到给定的初始转速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、受试制动器组合制动力矩信号、电机输出扭矩信号；根据采集的信号计算出t0时刻电机的角速度ω0、受试制动器组合制动力矩Ts0、电机的实际输出扭矩Tm0；
5)根据步骤1）和步骤2）分别计算
T's0=T′s(ω0)
TR0=TR(ω0)
i=i+1
6)在ti时刻通过传感器采集同步采集电机转速信号、受试制动器组合制动力矩信号、电机输出扭矩信号；
7)根据步骤6）采集的信号计算出ti时刻电机的角速度ωi、受试制动器组合制动力矩Tsi、电机的实际输出扭矩Tmi；
8)根据步骤7）得到的当前电机的角速度ωi和步骤3）规定的制动末速度[ω]，判定ωi>[ω]是否成立，若成立则进行步骤9），否则进行步骤18）；
9)计算受试制动器当前消耗的总能量；
10)计算除受试制动器外其他制动当前消耗的总能量；
11)计算系统固有阻力当前消耗的总能量；
12)按电惯量模拟的数学模型计算出电机当前应补偿的总能量；
13)计算出电机当前已补偿的总能量；
14)计算电机应补偿的总能量和电机已补偿的总能量之差；
15)计算出电机扭矩计算输出值；
16)控制电机输出扭矩逼近电机扭矩计算输出值；
17)令i=i+1，进行步骤6）；
18)退出电惯量模拟。

4.   根据权利要求3所述的电惯量模拟通风盘式制动器试验台的电惯量模拟控制方法，其特征是：所述的步骤9）计算受试制动器当前消耗的总能量是根据下式：