一种智能化电机加载测试平台及方法与流程

1.本发明属于工业控制技术领域，具体是一种智能化电机加载测试平台，以及测试方法。


背景技术：

2.电机、柴油机或者柴油发电机等做功率试验都需要一个加负载平台来验证推进系统设计的合理性，可靠性。
3.现存的电机试验加载系统自动化程度不高，且通常用水力测功机或者电阻能耗负载来做试验，浪费能源，且现有加载系统仅供单轴电机做试验，不存在多轴的加载系统。


技术实现要素：

4.针对现有技术的上述不足，本发明的目的之一是提供一种智能化电机加载测试平台，以实现自动智能加载和多轴人工智能自动加载。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种智能化电机加载测试平台，包括进线整流变压器以及与进线整流变压器并联的4个带限流模块的四象限可控整流afe加载变频器，每个afe加载变频器均通过功率组件切断单元igbt-set连接加载电机，通过igbt快速关断法模拟突加突卸的恶劣海况，加载电机连接用于左右侧推的可调变比转速适配齿轮箱，适配齿轮箱通过变转速变比来适配螺旋桨扭矩，还包括设置在集中控制台上的带智能算法控制器和人机界面的主控制单元，所述的afe加载变频器输入侧还连接有谐波测量单元，所述的谐波测量单元与传感器采集系统、转速测试系统连接主控制单元。
6.本发明的目的之二是提供一种智能化电机加载测试平台的测试方法，包括如下步骤：输入大量航行中的推进器的功率-转速数据，再执行机器自学习计算，然后构建功率-转速函数库；启动测试后，先进行模式选择：判断是否要切换为多轴加载模式，否则切换为单轴加载模式，如果是就判断是否启动受试设备，之后调用功率-转速数据生成功率-转速曲线，根据功率-转速曲线加载数据，判断实验是否结束，如果否就循环至进行模式选择；单轴加载模式下，可以通过调用各种负载-转速的数学曲线模型来模拟各种负载-转速曲线，如推进螺旋桨负载曲线，柴油机负载曲线，促进航行动力系统的研究；多轴加载模式下，可通过输入训练数据库模拟不同海况下动力定位推进器的负载数据，对船舶动力定位系统进行训练，进行半物理仿真的研究，对于研究动力定位及动力定位工程的建造有推动意义。
7.所述的一种智能化电机加载测试平台的测试方法，还包括突加突卸模式：通过驱动信号依次关闭4个功率组件切断单元igbt-set 切断负载输出，模拟负载突卸的工况。
8.所述的一种智能化电机加载测试平台的测试方法，其数学曲线模型包括螺旋桨负载曲线和柴油机负载曲线。
9.所述的一种智能化电机加载测试平台的测试方法，加载测试平台在单轴加载模式下通过调用受测对象的工作负载-转速曲线函数p=f(n)提供自动加载，其中p为加载功率，n为受测电机或者柴油机反馈的转速。
10.所述的一种智能化电机加载测试平台的测试方法，加载测试平台在多轴加载模式下，通过调用专家系统数据库里面通过机器自学习近似得到的负载-转速曲线函数pexp1=f(n1)，pexp2=f(n2)，pexp3=f(n3)，pexp4=f(n4)来提供自动加载，其中pexp1，pexp2，pexp3，pexp4为加载功率，n1，n2，n3，n4为受测电机或者柴油机的转速。
11.本发明的有益效果是：本发明加载测试平台具有回馈能量限制控制功能，可控的减小电网的谐波含量。系统通过通断igbt组，实现模拟负载突加突卸。对于多轴推进系统可以对系统综合性能进行陆上半物理仿真验证，譬如对研究动力定位及动力定位工程的建造有推动意义。
12.本发明测试方法利用人工智能机器学习的方式， 智能化的训练动力加载设备，使得智能算法控制其生成负载-转速曲线。加载试验时调用曲线（不一定是线性或者一维度数学模型）模拟产生一个多轴的仿真海洋环境的推力，用于验证或者训练船舶动力系统设备，对于实现海洋工程船的制造智能化建造具有积极的意义。
附图说明
13.图1是本发明测试平台的外形图；图2是本发明测试平台系统的系统结构图；图3 是本发明四象限运行的原理图；图4是本发明主控制单元的结构示意图；图5是本发明测试平台系统的测试流程图；图6是单轴加载根据负载特性曲线实现自动加载示意图；图7是多轴加载根据专家数据库里面数据实现自动加载示意图；图8是系统数据库生成及调用原理示意图。
14.各附图标记为：1—进线整流变压器，2—afe加载变频器，3—功率组件切断单元igbt-set，4—加载电机，5—适配齿轮箱，6—加载电机，7—人机界面，8—谐波测量单元，9—主控制单元。
具体实施方式
15.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
16.参照图1至图4所示，本发明公开的一种智能化电机加载测试平台，包括进线整流变压器1以及与进线整流变压器1并联的4个带限流模块的四象限可控整流afe加载变频器2，每个afe加载变频器2均通过功率组件切断单元igbt-set 3连接加载电机4，加载电机4的加载控制模块带有硬线和谐波测量总线，加载控制模块连接的智能加载模拟器带有系统总线，通过igbt快速关断法模拟突加突卸的恶劣海况，加载电机4连接用于左右侧推的可调变比转速适配齿轮箱5，适配齿轮箱5通过变转速变比来适配螺旋桨扭矩，还包括设置在集中控制台上的带智能算法控制器和人机界面7的主控制单元9，主控制单元9用于接收总线信号、训练数据信号、来自加载及受试负载的控制信号，所述的afe加载变频器2输入侧还连接
有谐波测量单元8，所述的谐波测量单元8与传感器采集系统、转速测试系统连接主控制单元9。
17.4个afe加载变频器2、4个功率组件切断单元igbt-set 3、4个加载电机6及4个可调变比转速适配齿轮箱5实现负载四象限工况下的回馈能量限制控制，可进一步减小电网的谐波，适用于电磁兼容试验室，对于电磁兼容性测试有积极的意义。
18.本发明通过限流模块限制回馈电流方式，来限制由于回馈电流产生的谐波。实时测量电网谐波含量，限流模块之间通过总线协调，获得最小的电网总谐波含量。
19.如图5所示，本发明公开的一种智能化电机加载测试平台的测试方法，步骤为：输入大量航行中的推进器的功率-转速数据，再执行机器自学习计算，然后构建功率-转速函数库；启动测试后，先进行模式选择：判断是否要切换为多轴加载模式，否则切换为单轴加载模式，如果是就判断是否启动受试设备，之后调用功率-转速数据生成功率-转速曲线，根据功率-转速曲线加载数据，判断实验是否结束，如果否就循环至进行模式选择；单轴加载模式下，可以通过调用各种负载-转速的数学曲线模型来模拟各种负载-转速曲线，如推进螺旋桨负载曲线，柴油机负载曲线，促进航行动力系统的研究；多轴加载模式下，可通过输入训练数据库模拟不同海况下动力定位推进器的负载数据，对船舶动力定位系统进行训练，进行半物理仿真的研究，对于研究动力定位及动力定位工程的建造有推动意义。
20.本发明测试方法可在单轴加载模式和多轴加载模式之间切换。
21.单轴加载模式下，加载系统通过调用受测对象的工作负载-转速曲线函数p=f(n)，提供自动加载。p为加载功率，n为受测电机或者柴油机的转速（见图6）。
22.多轴加载模式下，加载系统通过调用专家系统数据库里面通过机器训练学习（见图8）近似得到的负载-转速曲线函数pexp1=f(n1)，pexp2=f(n2)， pexp3=f(n3)，pexp4=f(n4)来提供自动加载。pexp1\ pexp2\pexp3 \pexp4为加载功率，n1\ n2 \n3\ n4为受测电机或者柴油机转速（见图7）。
23.本发明测试方法可在一、三、四象限运行，且可以多轴模式半物理仿真模拟加载，对回馈能量可限制控制，通过igbt快速关断法，模拟负载的突加突卸：通过驱动信号关闭igbt-set1，igbt-set2，igbt-set3，igbt-set4来切断负载输出，模拟负载突卸的工况（见图2）。
24.本发明在负载测试时候，调用生产的曲线数据，单轴加载及多轴加载模式可以模拟不同的海况下的动力定位推进器的负载数据，从而提高船舶动力设备制造的智能化程度。相比现有的加载控制系统，自动加载及多轴加载的功能使得加载系统的自动化智能化程度更高，有利于提高船舶智能化制造水平。
25.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，以及部分运用的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。