新型直线伺服驱动加载实验教学平台_凌志健.pdf
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1、第 卷第 期 年 月电气电子教学学报 收稿日期:;修回日期:基金项目:江苏省高等教育教改研究课题();江苏省高等教育教改重点研究课题();江苏大学高等教育教改研究课题()第一作者:凌志健(),男,博士,讲师,主要从事电机及拖动的教学和研究工作,:新型直线伺服驱动加载实验教学平台凌志健 赵文祥 吉敬华 陶 涛(江苏大学 电气信息工程学院,镇江)摘要:为引导学生掌握直线伺服驱动系统的运行特性,提出了新型直线伺服驱动加载实验教学平台,解决了传统直线伺服实验教学平台中加载难、测试精度低、动态性能差的弊端。基于该实验教学平台,开展了永磁直线伺服电机静态推力、动态推力、加速度以及突变负载的实验研究。该实验
2、教学平台的研制,不仅丰富了电机类、电力拖动类课程的教学实验工作,又激发学生的学习兴趣,提升创新能力。关键词:直线伺服电机;动态性能;驱动控制中图分类号:文献标识码:文章编号:()(,):,:;第十四个五年规划和二三五远景目标纲要中明确指出,将航空航天、机器人等领域列为加快发展的现代产业体系,提出加强前瞻部署和关键技术的突破。在上述领域中,对于直线伺服驱动技术的要求不断提高,其性能的优劣直接影响到装备的运行品质。传统的“旋转电机 机械丝杠”的传动形式,难以摆脱机械卡死、润滑失效、过载损毁的束缚,无法满足高端装备对于高动态、高定位精度等性能指标的要求。近年来,采用直线伺服电机直接驱动的方式,成为一
3、种新的技术角度。直线伺服电机经过多年发展,技术较为成熟,其具有结构简单、可靠性高、动态响应快的优点,并成功应用于航空航天、数控机床等领域。因此,直线伺服电机作为电机类、电力拖动类课程教学的重要组成部分,受到了越来越多的重视。然而,直线伺服电机在运动形式、加载特性等方面,不同于传统教材中讲述的旋转电机,给学生的理解和掌握造成一定的困难。利用实验教学平台可以直观地展示直线伺服驱动的工作原理、结构体系,巩固学生对于理论知识的理解。因此,研制新型直线伺服驱动加载实验教学平台具有重要意义。旋转电机可以采用磁粉制动器、直流电机对拖等方式实现旋转加载。然而,直线伺服电机为直线运行,存在行程限制、加载不均匀等
4、一系列问题,为搭建实验教学平台增加了难度。目前,传统直线伺服驱动加载实验教学平台多采用坠重物的方式进行加载,如图 所示。然而,该装置存在较为明显的缺点:传动绳的加载精度差,且无法实现往复运行和负载突变测试;加载力不能连续变化,只能通过增减重物来改变负载;被测电机加速运行时,需要克服所坠重物的加速度,负载侧的加速段无法测量,且数值波动大。综上所示,传统测试平台无法满足直线伺服电机的测试需求。因此,研制了一种新型直线伺服驱动加载实验教学平台,实现直线伺服驱动的多种实验教学需求。该平台的构建,将直线电机的课程理论与实践紧密结合,加强学生对于电机系统(包括旋转电机、直线电机)知识的掌握,有助于激发学生
5、对于电机类课程的学习兴趣,提升学生的创新能力。图 现有直线伺服加载测试平台 直线伺服驱动加载实验教学平台 直线伺服驱动加载装置为了准确地获取被测直线伺服电机的性能指标,本文提出了直线伺服驱动加载实验教学平台,如图 所示。被测电机和负载电机的动子上均安装有刚性引出轴,引出轴的端部与力传感器相连,用于获取推力数值。在被测电机的性能测试过程中,可以通过调节负载电机的外接电阻,实现推力幅值的调节。此外,直线伺服驱动加载平台的定子侧安装有直线光栅尺,利用直线伺服电机驱动系统,以光栅测量的位移量为单位,可以准确地测量直线伺服电机的运行位置精度。相较于传统测试平台,提出的直线伺服驱动加载实验教学平台具有加载
6、连续、动态性能好、位置精度高的优势。图 直线伺服驱动加载装置 直线伺服驱动加载平台硬件及其驱动图 所示为直线伺服驱动加载实验教学平台硬 件 及 其 驱 动 系 统 的 示 意 图。系 统 以 为主控芯片进行硬件架构,由 采集电流、电压、位置的输出信号,经过 处理后,发出 控制波。所有数据均可通过 口与上位机进行通信,并由示波器实时显示电机运行过程中的数据波形,便于实验人员、学生可以实时监控直线伺服电机的运行状态。图 基于 的电机驱动系统图 为已搭建的直线伺服驱动加载实验教学平台,主要包括:被测直线伺服电机、负载直线电机、主控电路、功率驱动电路、光栅齿、电流传感器、拉力传感器、信号保护电路等。驱
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