一种扭矩加载方法、系统及装置与流程

1.本发明涉及一种扭矩加载方法、系统及装置，属于电机传动领域。


背景技术：

2.在恒张力控制（造纸、纺织等）、变频开发试验台等场合都会用到扭矩加载，通常都采用电力、液压等动力产生扭矩，目前常见的扭矩加载方式由变频器加载方式、液压加载方式等，这些加载方式通常都在特定工况下应用，没有兼顾高低转速工况的扭矩加载方式。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种扭矩加载方法、系统及装置，解决了目前没有兼顾高低转速工况扭矩加载方式的问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种扭矩加载方法，包括：响应于电机传动轴低转速运行，控制磁粉制动器向电机输出扭矩，控制与磁粉制动器同轴连接的电涡流制动器不输出扭矩；响应于电机传动轴由低转速向高转速切换，在保持输出扭矩不便的情况下，控制磁粉制动器的输出扭矩逐渐降低，控制电涡流制动器的输出扭矩逐渐增大；响应于电机传动轴高转速运行，控制电涡流制动器向电机输出扭矩，控制磁粉制动器不输出扭矩。
5.通过控制磁粉制动器的输入电流控制磁粉制动器的输出扭矩；通过控制电涡流制动器的输入电流控制磁粉制动器的输出扭矩。
6.响应于电机传动轴高转速运行，控制电涡流制动器向电机输出扭矩，控制磁粉制动器与电涡流制动器断开，控制磁粉制动器不输出扭矩。
7.一种扭矩加载系统，包括：低转速控制模块：响应于电机传动轴低转速运行，控制磁粉制动器向电机输出扭矩，控制与磁粉制动器同轴连接的电涡流制动器不输出扭矩；切换控制模块：响应于电机传动轴由低转速向高转速切换，在保持输出扭矩不便的情况下，控制磁粉制动器的输出扭矩逐渐降低，控制电涡流制动器的输出扭矩逐渐增大；高转速控制模块：响应于电机传动轴高转速运行，控制电涡流制动器向电机输出扭矩，控制磁粉制动器不输出扭矩。
8.通过控制磁粉制动器的输入电流控制磁粉制动器的输出扭矩；通过控制电涡流制动器的输入电流控制电涡流制动器的输出扭矩。
9.高转速控制模块：响应于电机传动轴高转速运行，控制电涡流制动器向电机输出扭矩，控制磁粉制动器与电涡流制动器断开，控制磁粉制动器不输出扭矩。
10.一种扭矩加载装置，包括控制器、电涡流制动器、联轴器和磁粉制动器，电涡流制动器、联轴器和磁粉制动器依此同轴连接，电涡流制动器同轴外接电机传动轴，控制器连接
电涡流制动器、联轴器和磁粉制动器，采用扭矩加载方法控制电涡流制动器和/或磁粉制动器输出扭矩。
11.控制器通过第一电流源连接电涡流制动器，控制器通过第二电流源连接磁粉制动器。
12.控制器通过离合控制器连接联轴器。
13.还包括与电机传动轴同轴连接的扭矩传感器和编码器，扭矩传感器和编码器均连接信号采集装置，信号采集装置连接控制器。
14.本发明所达到的有益效果：本发明在低转速时，仅有磁粉制动器输出扭矩，在低转速向高转速切换过程中，磁粉制动器的输出扭矩逐渐降低，电涡流制动器的输出扭矩逐渐增大，在高转速时，仅有电涡流制动器向电机输出扭矩，实现了兼顾高低转速工况的扭矩加载方式。
附图说明
15.图1为本发明装置的示意图；图2为实例中转矩、功率限制值及对应制动控制电流曲线图。
具体实施方式
16.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
17.一种扭矩加载方法，包括以下步骤：1）响应于电机传动轴低转速运行，控制磁粉制动器向电机输出扭矩，控制与磁粉制动器同轴连接的电涡流制动器不输出扭矩；2）响应于电机传动轴由低转速向高转速切换，在保持输出扭矩不便的情况下，控制磁粉制动器的输出扭矩逐渐降低，控制电涡流制动器的输出扭矩逐渐增大；电机传动轴由高转速向低转速切换的过程与低转速向高转速切换的过程相反；3）响应于电机传动轴高转速运行，控制电涡流制动器向电机输出扭矩，控制磁粉制动器与电涡流制动器断开，控制磁粉制动器不输出扭矩。
18.上述输出扭矩与输入电流相关，即通过控制磁粉制动器的输入电流控制磁粉制动器的输出扭矩；通过控制电涡流制动器的输入电流控制磁粉制动器的输出扭矩。
19.在低转速时，仅有磁粉制动器输出扭矩，可以避免电涡流制动器在低转速下线性度差的缺陷，在低转速向高转速切换过程中，磁粉制动器的输出扭矩逐渐降低，电涡流制动器的输出扭矩逐渐增大，在高转速时，仅有电涡流制动器向电机输出扭矩，可避免磁粉制动器在高转速下的卡粉现象，在不同的转速工况下，切换不同的制动器，实现了兼顾高低转速工况的扭矩加载方式。
20.上述方法相应的软件系统，即扭矩加载系统，包括：低转速控制模块：响应于电机传动轴低转速运行，控制磁粉制动器向电机输出扭矩，控制与磁粉制动器同轴连接的电涡流制动器不输出扭矩；切换控制模块：响应于电机传动轴由低转速向高转速切换，在保持输出扭矩不便的情况下，控制磁粉制动器的输出扭矩逐渐降低，控制电涡流制动器的输出扭矩逐渐增大；
响应于电机传动轴高转速运行，控制电涡流制动器向电机输出扭矩，控制磁粉制动器与电涡流制动器断开，控制磁粉制动器不输出扭矩。
21.基于上述方法，可构建如图1所示的扭矩加载装置，具体包括控制器（图中未画出）、电涡流制动器、联轴器和磁粉制动器；电涡流制动器、联轴器和磁粉制动器依此同轴连接，电涡流制动器同轴外接电机传动轴，从而电机传动轴、电涡流制动器、联轴器和磁粉制动器均同轴，控制器连接电涡流制动器、联轴器和磁粉制动器，采用上述扭矩加载方法控制电涡流制动器和/或磁粉制动器输出扭矩。
22.由于电涡流制动器和磁粉制动器的扭矩输出均与输入电流相关；因此控制器通过第一电流源连接电涡流制动器，即控制器向第一电流源发出控制指令，第一电流源输出与控制指令相应的电流，从而实现控制器对电涡流制动器输出扭矩的控制；控制器通过第二电流源连接磁粉制动器，即控制器向第二电流源发出控制指令，第二电流源输出与控制指令相应的电流，从而实现控制器对磁粉制动器输出扭矩的控制。
23.在低转速运行时时，第一电流源输出电流为0，扭矩由磁粉制动器提供，大小由第二电流源控制；在高转速运行时，第二电流源输出电流为，扭矩由电涡流制动器提供，大小由第一电流源控制；在由低转速向高转速切换过程中，第二电流源输出电流逐渐减小，第一电流源输出电流逐渐增大，当第二电流源输出电流降至0时，第一电流源的输出值对应系统扭矩值。
24.联轴器采用的是快拆式联轴器，通过联轴器实现电涡流制动器和磁粉制动器连接，在电机传动轴低转速运行时，联轴器不断开，电涡流制动器陪着磁粉制动器转动，但不输出扭矩，在电机传动轴高转速运行时，联轴器断开，使电涡流制动器与磁粉制动器脱离,可以有效保护磁粉制动器，避免磁粉的卡涩情况，磁粉制动器在阻力的作用下停止。
25.在开环系统或精度要求较高时，上述装置还包括与电机传动轴同轴连接的扭矩传感器和编码器，扭矩传感器和编码器均连接信号采集装置，信号采集装置连接控制器；其中，编码器用以获取旋转角度，扭矩传感器用以采集扭矩。
26.通过具体实例对装置允许扭矩值、功率值，和对应的控制信号设置曲线进行描述，具体如图2所示，图中脉冲为离合分离的控制信号。
27.在转速小于840转/分时，装置转矩可达电机的最大转矩限制值，装置功率随转速呈正比变化；转速超过840转/分时，装置功率受电机最大功率限制值，系统扭矩与转速呈反比变化。
28.在转速小于250转/分阶段，第一电流源输出电流为0，电涡流制动器不输出扭矩，扭矩全部由磁粉制动器输出，其大小由第二电流源线性控制。
29.在转速大于250转/分时，第二电流源输出电流按照计算速率下降，第一电流源输出电流开始增大，以确保系统输出扭矩达到目标值；其中，第二电流源输出电流下降速率为电流变化的快慢，保证在转速变化100转每分的时间里把电流降降至0。
30.当转速大于350转/分时，第二电流源输出电流为0，磁粉制动器不输出扭矩，扭矩全部由电涡流制动器输出，其大小由第二电流源线性控制。
31.在转速达到360转/分时，离合控制联轴器分离，磁粉制动器脱离，在阻力作用下转速逐渐降低直到停止。
32.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序
产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
33.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
34.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
35.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
36.以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。