本发明涉及电机校准装置及方法,更具体地说,涉及测试机台0°～360°zeroing校准装置及方法。
背景技术：
1、电机,特别是无刷电机,凭借其高效、可靠、体积小等优点,在工业自动化、机器人、电动汽车等诸多领域得到了广泛应用。随着下游行业需求的不断提升,对电机性能的要求也越来越高,尤其是转矩输出的平稳性和精确度成为关键指标之一。
2、在电机研发、生产和质量检验环节,转矩脉动测试是一项不可或缺的关键技术。所谓转矩脉动,是指电机在运行过程中,转矩输出存在周期性的波动现象,主要成分包括基波(与槽数和极对数有关)及其高次谐波。转矩脉动会引起速度波动、振动噪声等问题,是影响电机运行平稳性的重要因素。因此,对转矩脉动进行精确测试和评估,对于改进电机设计、保障产品质量具有重要意义。
3、目前,工业界针对电机转矩脉动测试已经开发了多种装置和系统,并形成了一些成熟的检测方案。常见的测试系统一般由机械传动装置、转矩传感器、角度编码器、数据采集与处理单元等部分组成。通过对电机实际运行过程中的转矩信号和角度信号进行同步采集和分析,即可得到转矩脉动的时域和频域特性。
4、然而,现有的转矩脉动测试技术还存在一些局限性和不足之处,主要体现在以下几个方面:
5、1.测试精度不足。电机转矩输出的脉动量一般较小,常规测试系统的精度往往难以满足高性能电机的检测要求。影响测试精度的因素既有机械系统的传动误差,也有电气系统的噪声干扰,还有信号处理算法的局限性。如何从系统层面提升转矩脉动测试的精度,是一个亟待解决的问题。
6、2.可靠性和稳定性不高。转矩脉动测试对环境条件和测试参数的变化非常敏感,现有测试装置的可重复性和一致性普遍不够理想。即便是在相同条件下进行多次测试,结果也可能存在较大差异。这不仅给测试人员的判断带来困难,也影响了测试结果的权威性和说服力。
7、3.操作复杂,效率不高。现有的转矩脉动测试系统大多采用分立式设计,各单元之间缺乏有效集成和协同,操作流程烦琐,人工介入较多。尤其是针对不同类型电机、不同测试工况需要频繁地调整硬件和软件参数,大大降低了测试效率。
8、4.适应性和灵活性不足。电机产品种类繁多,不同类型电机在结构、参数、控制方式上差异很大。现有测试系统大多针对特定类型电机进行优化,通用性和可拓展性较差。对于新型电机产品,往往需要重新搭建测试平台,成本高、周期长,不利于新产品的快速迭代和推广应用。
9、5.缺乏智能化手段。现有测试装置的自动化程度普遍不高,测试过程对操作人员的技能和经验依赖较大。从测试方案的制定到结果的分析判断,很多关键环节缺乏智能辅助手段,不仅效率低下,而且容易受人为因素的影响,带来误判风险。
10、综上所述,现有电机转矩脉动测试技术还有诸多不足之处,难以完全满足日益提升的高精度、高可靠、高效率测试需求。随着电机产业的快速发展和应用领域的不断拓展,亟需开发一种高度集成、智能化、高精度的新型测试系统和方案。
技术实现思路
1、本发明正是针对上述技术问题,提出测试机台0°～360°zeroing校准装置及方法,从机械设计、传感器选型、运动控制、数据采集与处理等多个环节进行了系统优化和创新,形成了一套完整的高精度转矩脉动测试解决方案。经实测验证,本发明在测试精度、效率、稳定性、通用性等方面均有显著提升,达到了国内外同类系统的先进水平,具有广阔的应用前景和推广价值。
2、本发明公开了一种测试机台0～360°zeroing校准装置，包括：被测电机定子座子、被测电机转子座子、编码器、皮带、校准扭矩传感器用联轴器、8字联轴器、静态转矩传感器和伺服电机；其中，
3、所述被测电机定子座子用于固定被测电机的定子；
4、所述被测电机转子座子用于固定被测电机的转子，并带动所述转子转动；
5、所述编码器的输出轴与所述被测电机转子座子连接，用于实时采集所述转子的角度位置信息；
6、所述皮带将所述伺服电机的动力传递给所述编码器，带动所述编码器和所述转子转动；
7、所述校准扭矩传感器用联轴器将所述被测电机定子座子与所述8字联轴器连接，用于传递所述定子受到的反作用力矩；
8、所述8字联轴器将所述校准扭矩传感器用联轴器与所述静态转矩传感器连接，用于传递力矩并补偿装配误差；
9、所述静态转矩传感器用于实时采集所述定子受到的反作用力矩。
10、具体地，所述伺服电机用于提供动力，可控制转动方向、转速和转矩。
11、一种测试机台0～360°zeroing校准方法，包括如下步骤：
12、步骤s1：设定测试参数，所述测试参数包括电机转动方向、测试次数m、测试速度、起始角度和滤波参数；其中，所述滤波参数包括低通滤波器类型、低通滤波器阶数和低通滤波截止频率；
13、步骤s2：控制伺服电机按照所述测试参数进行m次空载测试，每次从编码器零点开始采集一圈的角度-转矩数据，得到m条测试曲线ai(i＝1,2,...,m)；
14、步骤s3：根据所述滤波参数对每条测试曲线ai进行低通滤波处理，得到滤波后的测试曲线bi；
15、步骤s4：对m条滤波后的测试曲线bi求算术平均，得到平均曲线c'，根据预设阈值δ剔除偏离所述平均曲线c'大于所述阈值δ的异常曲线，对剩余n条曲线重新求算术平均得到校准曲线c；其中，所述校准曲线c的计算公式为：
16、
17、其中n是剔除异常曲线后的剩余曲线的数量，bi是每一条滤波后的剩余测试曲线；
18、步骤s5：将所述校准曲线c作为测试机台在当前测试参数下的固有误差曲线保存。
19、具体地，还包括测试阶段：
20、步骤s6：设定与步骤s1相同的测试参数；
21、步骤s7：控制所述伺服电机按照所述测试参数进行测试，采集角度-转矩数据并进行滤波处理，得到测试曲线e；
22、步骤s8：加载与当前测试参数对应的校准曲线c，将所述测试曲线e减去所述校准曲线c，得到消除了固有误差的校准后测试曲线f。
23、具体地，所述电机转动方向包括顺时针方向(cw)和逆时针方向(ccw)，顺时针方向测试时采用对应的顺时针方向校准曲线，逆时针方向测试时采用对应的逆时针方向校准曲线。
24、具体地，所述低通滤波器类型包括巴特沃斯滤波器、贝塞尔滤波器、切比雪夫i型滤波器、切比雪夫ii型滤波器和椭圆滤波器。
25、具体地，不同测试速度下的测试采用相同测试速度获得的校准曲线，或者通过对校准曲线进行处理得到不同测试速度下对应的校准曲线。
26、具体地，不同圈数的测试采用单圈校准曲线通过拼接处理得到对应圈数的校准曲线，或者每个圈数单独测试获得对应的校准曲线。
27、具体地，其中m是全部测试曲线的数量，c'是每一条滤波后的测试曲线。
28、具体地，通过跟全部测试曲线的平均曲线c'的最大偏差值是否超过设定阈值来识别异常曲线，如果测试曲线与全部测试曲线的平均曲线c'的最大偏差超过设定阈值δ，则认为该曲线为异常曲线：max(|bi-c'|)＞δ，其中bi是第i条滤波后的测试曲线，c'是全部测试曲线的平均曲线
29、本发明具有如下有益效果：
30、1.本发明将机械结构设计、传感器选型、运动控制、信号采集与处理等多个环节进行了最优化设计和系统集成,形成了一套完整的高精度测试解决方案。其中,精密的机械传动结构为力矩和角度信号的准确采集提供了基础,高分辨率的编码器和转矩传感器确保了数据采集的精度和可靠性,伺服电机的精确控制实现了测试过程的自动化和可重复性,而数字信号处理算法则从数据层面消除了多种误差源的影响。各个分系统相互配合、协同增效,最终实现了整机测试精度和效率的大幅提升,较常规方案具有显著优势。
31、2.本发明的一个独特之处在于引入了空载多次测试和校准环节。通过在标定工况下重复采集多组数据并进行统计平均,可以精确辨识出测试机台本身的固有误差特性。将该特性量化为校准曲线并在后续实测中予以扣除,即可从测量数据中消除系统误差,仅留下被测对象的真实特性。由于校准过程天然具有误差累加平均的效果,因此校准精度往往远高于单次测试精度。将高精度校准与常规测试相结合,通过"以高精度补偿低精度"实现了测试精度的整体提升。可以说,精度叠加是本发明的一大亮点。
32、3.本发明的另一特色在于采用了多种数据处理和误差修正算法,包括数字滤波、异常值剔除、曲线平均等。这些算法从不同维度对测试数据进行处理,相互补充,构成了一个完整的误差抑制体系。其中,低通滤波消除了高频随机噪声,异常值剔除避免了个别失常数据对整体的影响,曲线平均则从宏观上平滑了测量结果的起伏波动。多种算法的组合使用,产生了冗余和互补效应,大大降低了单一算法可能带来的局限性,提高了测试结果的可靠性。
33、4.电机测试领域的一个基本矛盾在于,不同类型的电机和不同的测试工况(如转速、方向等)往往需要不同的测试参数和处理方法,而搭建多套测试系统又面临成本和效率问题。本发明通过智能化和参数化设计,在很大程度上解决了这一矛盾。测试人员只需输入少量的关键参数,系统即可自动生成与之匹配的测试序列和数据处理流程,适应不同的测试对象和需求。尤其是针对转速和方向等关键因素,本发明提供了自适应的校准曲线生成和选用机制,在确保测试精度的同时大大简化了操作流程,具有很强的实用价值。
34、5.本发明的一个重要价值在于,在大幅提高测试精度的同时,并未显著增加测试的时间成本和操作难度。相比常规测试,本发明仅在前期增加了校准这一环节,而校准过程可由系统自动完成,耗时有限。后续的实际测试流程与常规方案基本一致,只是增加了校准曲线扣除这一步骤,操作十分简便。大量实测数据表明,本发明的测试重复性和再现性指标较常规方案有数量级的提升,测试效率也得到提高。精度与效率的兼顾,使本方案具有很强的竞争力和推广潜力。
35、总之,本发明在现有电机测试技术的基础上,从机械、电气、控制、信号处理等多个层面进行了系统优化和创新设计,形成了一套高度集成、智能化、精度与效率兼顾的测试解决方案。多项关键技术的交叉融合和协同增效,产生了在单项技术基础上难以预见的综合效果提升,具有很强的非显而易见性。经实测验证,本发明的综合性能指标达到了国内外同类系统的先进水平,具有广阔的应用前景。同时,本发明的设计思路和关键方法具有一定的通用性和拓展性,在电机测试领域具有重要的示范引领意义,对推动行业技术进步具有积极贡献。
1.一种测试机台0～360°zeroing校准装置，其特征在于，包括：被测电机定子座子(301)、被测电机转子座子(302)、编码器(303)、皮带(304)、校准扭矩传感器用联轴器(305)、8字联轴器(306)、静态转矩传感器(307)和伺服电机(308)；其中，
2.根据权利要求1所述的测试机台0～360°zeroing校准装置，其特征在于，所述伺服电机(308)用于提供动力，可控制转动方向、转速和转矩。
3.一种测试机台0～360°zeroing校准方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的测试机台0～360°zeroing校准方法，其特征在于，还包括测试阶段：
5.根据权利要求3所述的测试机台0～360°zeroing校准方法，其特征在于，所述电机转动方向包括顺时针方向(cw)和逆时针方向(ccw)，顺时针方向测试时采用对应的顺时针方向校准曲线，逆时针方向测试时采用对应的逆时针方向校准曲线。
6.根据权利要求3所述的测试机台0～360°zeroing校准方法，其特征在于，所述低通滤波器类型包括巴特沃斯滤波器、贝塞尔滤波器、切比雪夫i型滤波器、切比雪夫ii型滤波器和椭圆滤波器。
7.根据权利要求3所述的测试机台0～360°zeroing校准方法，其特征在于，不同测试速度下的测试采用相同测试速度获得的校准曲线，或者通过对校准曲线进行处理得到不同测试速度下对应的校准曲线。
8.根据权利要求3所述的测试机台0～360°zeroing校准方法，其特征在于，不同圈数的测试采用单圈校准曲线通过拼接处理得到对应圈数的校准曲线，或者每个圈数单独测试获得对应的校准曲线。
9.根据权利要求3所述的测试机台0～360°zeroing校准方法，其特征在于，其中m是全部测试曲线的数量，c'是每一条滤波后的测试曲线。
10.根据权利要求3所述的测试机台0～360°zeroing校准方法，其特征在于，通过跟全部测试曲线的平均曲线c'的最大偏差值是否超过设定阈值来识别异常曲线，如果测试曲线与全部测试曲线的平均曲线c'的最大偏差超过设定阈值δ，则认为该曲线为异常曲线：max(|bi-c'|)＞δ，其中bi是第i条滤波后的测试曲线，c'是全部测试曲线的平均曲线。
