專利名稱：一種扭矩載荷自動頻譜加載系統及其加載方法
一種扭矩載荷自動頻譜加載系統及其加載方法技術領域
本發明屬于機械測試技術領域，涉及扭矩載荷的自動頻譜加載系統及其加載方法，尤其是用于車輛及農機部件性能臺架測試裝置的扭矩載荷自動頻譜加載系統及其加載方法。
背景技術：
由于實際路面試驗或田間試驗受季節變化、試驗場地等因素的影響較大，試驗時需要大量的人力物力，且試驗周期較長，所以車輛及農機部件的性能測試試驗一般都通過室內臺架試驗來進行。但車輛及農機部件在實際道路行駛或田間作業過程中，其工作載荷是動態變化的，僅通過室內臺架試驗進行靜態載荷研究并不能深入揭示車輛及農機部件對動態載荷的響應特性及其實際工作性能。因此，在室內臺架試驗時，模擬實際道路行駛或田間作業工況，對被試部件加載動態載荷可顯著提高室內臺架試驗的代表性和準確性，具有重要意義。但車輛實際道路行駛或農機田間作業時的動態載荷大都是連續的隨機載荷，具有很寬的頻帶范圍，如果在室內臺架上進行模擬加載，對加載裝置的動態特性要求很高。
現有車輛及農機部件性能試驗室內的臺架大都采用直流發電機或磁粉制動器進行加載。中國專利號為200620130446. 7、名稱為“拖拉機傳動系負荷磨合試驗臺”，采用直流發電機加載，使用扭力扭矩傳感器檢測實際加載載荷，利用遠程工控機通過程序控制直流發電機調整加載扭矩。中國專利號為200410019970. 2、名稱為“汽車變速箱加載檢測試驗臺”，采用直流電機加載，使用全數字四象限直流調速裝置調節直流電機轉速而獲得不同的載荷扭矩，采用工業控制計算機系統和測控儀表實現測試流程的自動控制。中國專利號 89201057. 6、名稱為“車輛牽引試驗微機控制牽引載荷施加裝置”，采用磁粉制動器加載，由微機、控制器、應變片式拉力傳感器和恒力裝置組成載荷閉環控制系統，通過比例控制實現載荷的穩定控制。以上系統都是針對加載穩定載荷的需要而設計，雖然可通過人工調節或程序控制改變載荷，但無法實現按預定規律快速變化的動態載荷(即載荷譜)的加載。發明內容
本發明的目的是針對上述現有自動加載裝置或系統的不足而提供一種扭矩載荷自動頻譜加載系統及其加載方法，頻帶范圍寬、載荷控制精度高，能實現預定載荷譜信號的自動頻譜加載，且能實現手/自動工作方式的自由切換。
本發明的扭矩載荷自動頻譜加載系統采用如下技術方案包括直流加載電機、扭矩傳感器和工業控制計算機，直流加載電機設置在測試臺架上，扭矩傳感器的一端與直流加載電機的輸出軸機械連接，另一端與測試臺架上的被測試部件或變速裝置輸出軸機械連接，工業控制計算機內置D/A卡、A/D卡和自動頻譜加載過程控制的計算機應用軟件，D/A卡內置有模擬量隔離輸出電路，A/D卡內置有模擬量隔離輸入電路，自動頻譜加載過程控制的計算機應用軟件內置有“控制量——載荷”關系模型和實際載荷PID數字調節器；扭矩傳感器的輸出端電連接A/D卡；直流加載電機的勵磁繞組與恒流恒壓模塊的輸出端子電連接，恒流恒壓模塊分別電連接外部電網和手/自動轉換開關輸出端，手/自動轉換開關具有兩個互斥的輸入端，當其打到“手動”位置時，第一個輸入端電連接電位器調壓電路，當其打到 “自動”位置時，第二個輸入端電連接D/A卡，電位器調壓電路的兩個輸入端電連接直流穩壓電路。
本發明扭矩載荷自動頻譜加載系統的加載方法采用的技術方案是包括如下步驟A、將載荷譜信號以載荷譜文件的形式存儲在工業控制計算機內并讀取載荷譜文件，載荷譜文件中包括所有載荷點的總個數、最大載荷、最小載荷和各個載荷點的載荷值及持續時間；B、判斷最大載荷和最小載荷是否超過預先設定的限值，如果超限，則報警不執行加載， 反之，工業控制計算機讀取載荷點總個數中的第一個載荷點的數據，根據“控制量——載荷”關系模型確定輸出給D/A卡的控制量的大小；C、通過D/A卡將控制量轉換為電壓控制信號輸出，并啟動定時器定時該載荷點的持續時間；D、工業控制計算機判斷該載荷點的持續時間是否小于一個載荷調控周期；如果小于， 則等待定時器定時時間到；如果不小于，則通過A/D卡對扭矩傳感器的輸出信號進行采集， 計算實際載荷，由實際載荷PID數字調節器對控制量進行調節，通過D/A卡輸出新的控制量，并修改剩余持續時間；E、進行持續時間是否小于一個載荷調控周期的判斷，如此反復調控，直至定時器定時時間到，該載荷點輸出完畢；F、工業控制計算機讀取下一個載荷點的數據并輸出，如此逐個載荷點的輸出，直至所有載荷點都輸出完畢。
與現有技術相比，本發明具有以下優點1、能夠自動讀取存儲在載荷譜文件中的載荷譜信號，自動控制整個頻譜加載過程，且能對實際輸出載荷進行PID調節，加載系統頻譜范圍寬、動態特性好、實際輸出載荷精確。
2、能實現手/自動工作方式轉換，即可由人工通過調節電位器調壓電路的調節旋鈕來控制加載載荷，也可由工業控制計算機控制D/A卡按預定載荷譜信號自動加載。


圖1是本發明自動頻譜加載系統的硬件結構示意圖； 圖2是自動頻譜加載過程的執行流程示意圖。
圖中1.測試臺架；2.直流加載電機；3.扭矩傳感器；4.被測試部件或變速裝置； 5.工業控制計算機；6.直流穩壓電路；7.電位器調壓電路；8.手/自動轉換開關；9.恒流恒壓模塊；10.外部電網。
具體實施方式
如圖1所示，為自動頻譜加載系統的硬件組成框圖，扭矩載荷自動頻譜加載系統包括直流加載電機2、扭矩傳感器3和工業控制計算機5。直流加載電機2設置在測試臺架 1上，扭矩傳感器3的一端與直流加載電機2的輸出軸機械連接，另一端與測試臺架1上的被測試部件或變速裝置4輸出軸機械連接，直流加載電機2由被測試部件或變速裝置4驅動運轉。直流加載電機2的勵磁繞組與恒流恒壓模塊9的輸出端子電連接。恒流恒壓模塊 9的電源輸入端子與外部電網10電連接，恒流恒壓模塊9的電壓控制信號輸入端子與手/ 自動轉換開關8的輸出端電連接。當電壓控制信號發生改變時，恒流恒壓模塊9的輸出電流(也即直流加載電機2的勵磁電流)隨之改變，由直流加載電機2加在被測試部件或變速裝置4上的阻力矩也隨之改變。手/自動轉換開關8有一個輸出端和兩個互斥的輸入端。 當其打到“手動”位置時，輸入端與電連接電位器調壓電路7的輸出信號端的輸入端電接通；當其打到“自動”位置時，輸入端與電連接D/A卡輸出信號端的輸入端電接通。電位器調壓電路7有一個輸出端和兩個輸入端，兩個輸入端電連接直流穩壓電路6。D/A卡設置在工業控制計算機5內，D/A卡內置有模擬量隔離輸出電路，具有模擬量隔離輸出功能。扭矩傳感器3的輸出信號端電連接A/D卡的模擬信號輸入端。A/D卡設置在工業控制計算機5 內，A/D卡內置有模擬量隔離輸入電路，具有模擬量隔離輸入功能。工業控制計算機5內預裝有實現自動頻譜加載過程控制的計算機應用軟件，自動頻譜加載過程控制應用軟件內內置有“控制量——載荷”關系模型和實際載荷PID數字調節器。“控制量——載荷”關系模型確定了預定加載載荷與工業控制計算機5輸出給D/A卡的控制量之間的對應關系；而實際載荷PID數字調節器可根據預定加載載荷與扭矩傳感器3測得的實際載荷之間的差值， 對工業控制計算機5輸出給D/A卡的控制量進行PID調節。
如圖2所示，為自動頻譜加載過程的執行流程。載荷譜信號以載荷譜文件的形式存儲在工業控制計算機5內。載荷譜文件采用.txt數據文件格式，包含載荷點數、載荷范圍和載荷點數據三個數據區，載荷點數據區包括一個長整形數據，存儲載荷譜文件中的載荷點總個數；載荷范圍區包括兩個浮點型數據，第一個為所有載荷點中的最大載荷，第二個為所有載荷點中的最小載荷，單位kN.m;載荷點數據區為具體的載荷點數據，依次存儲各個載荷點的載荷值和持續時間，載荷值為浮點型數據，單位kN.m，持續時間也為浮點型數據， 單位秒。由工業控制計算機5讀取載荷譜文件，判斷最大載荷和最小載荷是否超過預先設定的限值，載荷限值可在自動頻譜加載過程控制應用軟件的界面上人工預先設定。如果超限，則給出超限報警，而不執行加載；如果都不超限，則工業控制計算機5讀取第一個載荷點的數據，根據“控制量——載荷”關系模型確定輸出給D/A卡的控制量的大小；然后，通過 D/A卡將控制量轉換為電壓控制信號輸出，并立即啟動定時器定時該載荷點的持續時間。接下來，工業控制計算機5判斷該載荷點的持續時間是否小于一個載荷調控周期。如果小于， 則直接等待定時器定時時間到；如果不小于，則通過A/D卡對扭矩傳感器3的輸出信號進行采集，計算實際載荷，由實際載荷PID數字調節器對控制量進行調節，通過D/A卡輸出新的控制量，并修改剩余持續時間。然后再進行持續時間是否小于一個載荷調控周期的判斷，如此反復調控，直至定時器定時時間到。定時器定時時間到，該載荷點輸出完畢，工業控制計算機5立即讀取下一個載荷點的數據并輸出。如此逐個載荷點的輸出，直至所有載荷點都輸出完畢。
最后應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍之內。
權利要求
1.一種扭矩載荷自動頻譜加載系統，包括直流加載電機2、扭矩傳感器3和工業控制計算機5，直流加載電機(2)設置在測試臺架(1)上，扭矩傳感器(3)的一端與直流加載電機 (2)的輸出軸機械連接，另一端與測試臺架(1)上的被測試部件或變速裝置(4)輸出軸機械連接，其特征是所述工業控制計算機(5)內置D/A卡、A/D卡和自動頻譜加載過程控制的計算機應用軟件，D/A卡內置有模擬量隔離輸出電路，A/D卡內置有模擬量隔離輸入電路， 自動頻譜加載過程控制的計算機應用軟件內置有“控制量——載荷”關系模型和實際載荷 PID數字調節器；扭矩傳感器(3)的輸出端電連接A/D卡；直流加載電機(2)的勵磁繞組與恒流恒壓模塊(9)的輸出端子電連接，恒流恒壓模塊(9)分別電連接外部電網(10)和手/ 自動轉換開關(8)輸出端，手/自動轉換開關(8)具有兩個互斥的輸入端，當其打到“手動” 位置時，第一個輸入端電連接電位器調壓電路(7)，當其打到“自動”位置時，第二個輸入端電連接D/A卡，電位器調壓電路(7 )的兩個輸入端電連接直流穩壓電路(6 )。
2.一種如權利要求1所述扭矩載荷自動頻譜加載系統的加載方法，其特征是包括如下步驟A、將載荷譜信號以載荷譜文件的形式存儲在工業控制計算機(5)內并讀取載荷譜文件，載荷譜文件中包括所有載荷點的總個數、最大載荷、最小載荷和各個載荷點的載荷值及持續時間；B、判斷最大載荷和最小載荷是否超過預先設定的限值，如果超限，則報警不執行加載， 反之，工業控制計算機(5)讀取載荷點總個數中的第一個載荷點的數據，根據“控制量—— 載荷”關系模型確定輸出給D/A卡的控制量的大小；C、通過D/A卡將控制量轉換為電壓控制信號輸出，并啟動定時器定時該載荷點的持續時間；D、工業控制計算機(5)判斷該載荷點的持續時間是否小于一個載荷調控周期；如果小于，則等待定時器定時時間到；如果不小于，則通過A/D卡對扭矩傳感器(3)的輸出信號進行采集，計算實際載荷，由實際載荷PID數字調節器對控制量進行調節，通過D/A卡輸出新的控制量，并修改剩余持續時間；E、進行持續時間是否小于一個載荷調控周期的判斷，如此反復調控，直至定時器定時時間到，該載荷點輸出完畢；F、工業控制計算機(5)讀取下一個載荷點的數據并輸出，如此逐個載荷點的輸出，直至所有載荷點都輸出完畢。
3.根據權利要求2所述的加載方法，其特征是所述載荷譜文件采用.txt數據文件格式，包含載荷點數、載荷范圍和載荷點數據三個數據區，載荷點數據區包括一個長整形數據，存儲載荷譜文件中的載荷點總個數；載荷范圍區包括兩個浮點型數據，第一個為所有載荷點中的最大載荷，第二個為所有載荷點中的最小載荷；載荷點數據區為具體的載荷點數據，依次存儲各個載荷點的載荷值和持續時間，載荷值為浮點型數據，持續時間為浮點型數據。
4.根據權利要求2所述的加載方法，其特征是所述“控制量——載荷”關系模型是確定預定加載載荷與工業控制計算機(5)輸出給D/A卡的控制量之間的對應關系的模型；所述實際載荷PID數字調節器根據預定加載載荷與扭矩傳感器(3)測得的實際載荷之間的差值，對工業控制計算機(5)輸出給D/A卡的控制量進行PID調節。
全文摘要
本發明公開一種扭矩載荷自動頻譜加載系統，采用直流電機加載，扭矩傳感器測試載荷，工控機控制加載過程；直流電機電連接恒流恒壓模塊，恒流恒壓模塊的電壓控制信號輸入端與手/自動轉換開關的輸出端電連接。轉換開關的兩個輸入端，一個與電位器調壓電路的輸出信號電連接，一個與D/A卡的輸出信號電連接；扭矩傳感器的輸出電連接A/D卡的模擬信號輸入端；D/A卡和A/D卡都設置在工控機內，且都帶有隔離功能；工控機內預裝有自動頻譜加載過程控制應用軟件，該軟件內內置有“控制量——載荷”關系模型和實際載荷PID數字調節器；能實現預定載荷譜信號的自動頻譜加載，且能實現手/自動工作方式的自由切換。
文檔編號G01M13/00GK102494878SQ20111036243
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者徐來齊, 魏新華 申請人:江蘇大學