可控动态转矩的机械模拟负载的研究

摘要：提出了用计算机来控制磁粉制动器以得到可控动态转矩的设想，并设计和试制了整套装置的机械部分和电气部分，编写了相应的通讯及界面程序，研制成功了750W，5N•m级可控动态转矩的机械模拟负载系统，实现了通过计算机控制机械模拟负载从而输出任意可控动态转矩的目的。关键词: 转矩；机械模拟负载；磁粉制动器；MSComm控件。[align=center]The Research of Mechanics stimulant loadIn Controllable dynamic torque Shanghai Second Polytechnic University Xindi Shen Chengying Lu[/align]Abstract: Put forward the tentative plan that use the computer to control the Magnetism Arrester in order to get the Controllable dynamic torque. Design and make the mechanism part and the electric part of the equipment, write the relevant program of communication and interface, achieve the goal that use the computer to control the Mechanics stimulant load in order to export any Controllable dynamic torque. On the foundation study out the improvement, design all the drawings of the new project. The complete set of the equipment use an A.C. servomechanism system to control the electromotor in Speed Control Mode and Direction Control Mode, the speed of the electromotor will be reduced after the reducer and then through the screw and the inertia system to drag the Magnetism Arrester at last. On the other hand, using the program that be programmed in VB（Visual Basic）to control the Program Control Power which can change the Magnetism Arrester’s torque then watch the speed change of the electromotor which is testing. The 750W，5N•m equipment of Mechanics stimulant load in Controllable dynamic torque can be used as a teaching experiment equipment to test and research the electro motor’s speed change when the electro motor’s torque changed suddenly. The equipment is also can be used to discuss the Mechanical Transmission System、the way to use the Controlling Stimulant Load 、the theoretic analyze and the demonstration Research of Controllable dynamic torque’s Mechanics stimulant load. Found the bugs and the shortages of the old project after debug; put forward the suggestions and the plans. Design all the drawings of the new project. Key words: torque; Mechanics stimulant load; Magnetism Arrester; MSComm Control Model1 引言 研制一套用计算机控制的，能生成时变动态转矩的机械模拟负载系统对于研究机电传动控制系统的动态特性和优化系统参数都具有相当重要的现实意义。本文介绍的机械模拟负载系统使用磁粉制动器输出转矩，通过计算机对输出的转矩进行控制，以得到实验所需的动态负载转矩。利用研制的机械模拟负载构成机电传动控制实验系统，可以得到有关典型机电传动控制动态过程的一般结论。 不同类型的负载具有不同的T—n特性，特别是在动态的情况下，不同的负载特性对于拖动负载的电机及其前级控制系统的性能、控制模式都有不同的要求。使用研制成功的750W，5N•m级可控动态转矩的机械模拟负载系统的可模拟各钟不同的负载对不同的电机进行动态转矩加载的动态过程的实验研究。2 机电传动系统 机电传动系统是一个由电动机拖动、并通过传动机构带动生产机械运转的机电运动的动力学整体。如图1-1所示[align=center]图1-1[/align] 机电传动系统中转矩是各种工作机械传动轴的基本载荷形式，与动力机械的工作能力、能源消耗、效率、运转寿命及安全性能等因素紧密联系，转矩的测量对传动轴载荷的确定与控制、传动系统工作零件的强度设计以及原动机容量的选择等都具有重要的意义。 二．模拟机械负载的方法 目前用来模拟负载转矩的主要方法有两种： 1、采用磁粉制动器； 2、采用直流发电机加电阻箱负载。 采用直流发电机加电阻箱负载的方法比较复杂，而采用磁粉制动器的费用和控制都比较方便，加上程序控制器之后能够和电脑进行连接，然后通过编制VB的程序，能够非常方便的设置负载的数值。三．磁粉制动器 磁粉制动器是一种性能优越的自动控制元件。它以磁粉为工作介质，以激磁电流为控制手段，达到控制转矩的基本特性、制动或传递转矩的目的。其输出转矩与激磁电流呈良好的线性关系而与转速或滑差无关，并具有响应速度快结构简单等优点。广泛应用于印刷、包装、造纸及纸品加工、纺织、印刷、电线、电缆、橡胶皮革、金属箔带加工等有关卷取装置的张力自动控制系统中。1、负载特性 磁粉制动器的允许滑差功率,在散热条件一定时,是定值。其连续运行时，实际滑差需在允许滑差功率以内。使用转速高时，需降低力矩使用。其特性如图3-1所示。[align=center]图3-1[/align]2、特点： （1）激磁电流与转矩成线性关系：磁粉类器件所传递的转矩如图3-2所示，大致上和激磁电流的大小呈线性关系。一般而言，在5～95％的额定转矩内，激磁电流与转矩成正比例线性关系。 （2）稳定的滑差转矩：当激磁电流保持不变时，转矩将会稳定的传递，不受滑差的影响如图3-3所示。静止和转动转矩不变。因此，只要控制电流，即能控制转矩的大小。 （3）快速响应特性：磁粉制动器的转矩上升时间，转矩下降时间都极短，因此可以用于频繁启停、换向的场合。 （4）控制功率小：功率放大倍数高，可用很小的激磁电流控制很大的传递功率，易于实现自动控制。 （5）运转平稳，无振动，无冲击，低噪音。 （6）过载保护:在转矩超载情况下，自动滑差运行起到过载保护作用四．主要结构图[align=center]图4-1[/align] 图4-1为主要的连接结构图，其中“传动环节”可以由减速器、配重盘、丝杆传动等系统的任意连接组合。五．VB（Visual Basic 6.0）中MSComm控件简介 利用VB中的MSComm控件能十分方便地开发出使用计算机串口的计算机通信程序。MSComm控件提供了两种处理通信的方式：一种为事件驱动方式，该方式相当于一般程序设计中的中断方式。当串口发生事件或错误时，MSComm控件会产生OnComm事件，用户程序可以捕获该事件进行相应处理。另一种为查询方式，在用户程序中设计定时或不定时查询MSComm控件的某些属性是否发生变化，从而确定相应处理。在程序空闲时间较多时可以采用该方式。 此次的设计主要是运用VB通过RS-232接口对WLKC-3B程控电源进行控制，而需要与RS-232进行通讯则必须要用到VB中的MSComm控件，利用MSComm控件实现计算机通信的关键是理解并正确设置MSComm控件众多属性和方法。 CommEvent：这是一个非常重要的属性。该属性设计时无效，运行时只读。一旦串口发生通信事件或产生错误，依据产生的事件和错误，MSComm控件为CommEvent属性赋不同的代码，同时产生OnComm事件。用户程序就可在OnComm事件处理程序中针对不同的代码，进行相应的处理。六．VB程序 将VB程序设计成为一个按钮的程序，并且能够在按下按钮之后自动地定时发送数据并且产生波形，方便了实际操作中的功能。并能产生如图6-1所示的各类随机转矩。[align=center] 图6-1[/align]结论 （1）、拥有一台能输出可控时变转矩的模拟机械负载对于改善机电传动系统实验环境来说是具有非常积极的意义，这意味着可以在实验室的条件下取得模拟实际工况下的任意加载形式。试制成功的“可控时变转矩的模拟机械负载装置”为机电传动控制系统、运动控制系统、数控伺服系统的加载动态实验提供了有效的手段。 （2）、采用磁粉制动器作为动态转矩输出装置是可行的。磁粉制动器的输出转矩与输入电流线性相关，在所作的动态转矩输出试验中，当给出两个不同值的转矩之间的时间间隔为30ms时，磁粉制动器工作正常。 （3）、用计算机控制机械系统是本次设计的重点之一。关键技术在于沟通计算机与磁粉制动器的程控电源之间的接口。利用VB程序语言编写了接口程序的界面程序，使得能在计算机上生成任意转矩曲线，作为磁粉制动器的输入，从而实现了任意时变转矩的输出。参考文献：[1] 张凤生,徐志良.动态转矩测量技术研究.现代计量测试,1997，6月. [2] 贾贵玺 , 齐乐 , 张炳达.电力系统动态模拟中可控负载的设计. 电力系统及其自动化学报，2005，06期.[3] L. Z. Shuck ,J. L. Fogle and R. R. Haynes.Dynamic micro-torqueExperimental Mechanics Springer Boston 2006年2月18日[4] Dai Gil Lee, Seung Woo Lee Kwang Seop Jeong Static and Dynamic Torque Characteristics of Composite Cocured Single Lap Joint. Journal of Composite Materials, Vol. 31, No. 21, 2188-2201 （1997）