郁林聰，吳 達

YU Lin-cong, WU Da

（1. 山西柴油機廠，大同；2. 北京機械工業(yè)自動化研究所，北京 100120 ）

基于SINAMICS S120的變速器試驗臺加載控制系統(tǒng)設計

The system design of loading control system for transmission test platform based on sinamics s120

郁林聰，吳 達

YU Lin-cong, WU Da

（1. 山西柴油機廠，大同；2. 北京機械工業(yè)自動化研究所，北京 100120 ）

本文簡述了變速器加載試驗臺的試驗原理，重點介紹了本系統(tǒng)的設計過程以及西門子伺服控制SINAMICS S120在本系統(tǒng)中的應用。

變速箱；伺服控制；SINAMICS S120

0 引言

隨著國內(nèi)汽車市場的不斷擴大，汽車行業(yè)對變速器的需求也不斷增長，對汽車變速器的質(zhì)量要求也越來越高，這就要求既要有高科技的加工手段，又要有高質(zhì)量的檢測設備，變速器的出廠檢驗是控制出廠質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。本文主要介紹了一種基于西門子SINAMICS S120控制器的變速器加載試驗臺的系統(tǒng)原理與設計過程[1]。

1 變速器試驗臺加載試驗原理

變速器試驗臺驅動和加載系統(tǒng)的硬件配置情況如圖1所示：主要是由一臺輸入電機，兩臺輸出電機，編碼器以及電磁離合器組成。其試驗原理是采用一臺交流電機作為輸入軸電機,通過聯(lián)軸節(jié)、離合器與變速箱的輸入軸相聯(lián)，二臺交流電機作為輸出軸電機通過聯(lián)軸節(jié)與變速箱的輸出軸相聯(lián)。在進行加載試驗時，輸入軸電機拖動變速箱運轉時，輸出軸電機作為發(fā)電機對變速箱進行加載，加載能量變成電能用于供給輸入軸電機所需電能，不足的部分由電網(wǎng)提供[2]。

圖1 設備基本組成原理圖

2 變速器試驗臺加載控制系統(tǒng)模型

上節(jié)分析了變速器試驗臺的加載試驗原理，進一步分析我們可知變速器試驗臺加載試驗原理的實質(zhì)是輸入軸保持一定的轉速拖動變速器旋轉，然后通過加載電機輸出一恒定的正拖扭矩或反拖扭矩，使變速器輸入軸與輸出軸之間產(chǎn)生扭矩差，這樣加載扭矩就被施加于變速器。根據(jù)試驗過程的具體要求，保持這一狀態(tài)持續(xù)運轉一定的時間，這樣就實現(xiàn)了對變速器的加載檢測。由于要保持輸入軸轉速和輸出軸加載扭矩恒定，在本系統(tǒng)用應用矢量控制器來實現(xiàn)。變速器加載試驗臺的總體模型如圖2所示。

圖2 變速器試驗臺加載控制系統(tǒng)總體模型

3 變速器試驗臺加載控制系統(tǒng)設計

由上節(jié)已經(jīng)分析得出了變速器試驗臺加載控制系統(tǒng)的總體模型，從模型中看出本系統(tǒng)的關鍵部分是矢量控制器，矢量控制器的性能好壞直接影響了整個系統(tǒng)的性能。由于本控制系統(tǒng)要求電動機的轉速和扭矩在一定的變化范圍之內(nèi)，并且要求其具有極高的控制精度和極短的響應時間。針對該控制系統(tǒng)的要求和該試驗臺的非標準開發(fā)的特點，本系統(tǒng)選用了西門子可編程控制器與SINAMICS S120伺服控制器來完成控制功能。西門子SINAMICS S120機柜單元是模塊式的機柜系統(tǒng)，可以用來實現(xiàn)工廠設備中任何多軸應用解決方案，其有以下特點[3]：

1）模塊式設計和廣泛的可選性保證了高度的靈活性；

2）非常緊湊的驅動器解決方案，易于互聯(lián)；

3）使用預設的直流母排進行功率連接；

4）通過DRIVE-CLIQ進行數(shù)據(jù)連接；

5）快速可靠的安裝和調(diào)試。

3.1 控制系統(tǒng)硬件配置

選用了西門子SINAMICS S120作為本系統(tǒng)的控制器之后，本系統(tǒng)所需要的主要硬件如表1所示。

表1 控制系統(tǒng)硬件列表

其中S120_CU320伺服系統(tǒng)詳細參數(shù)如圖3所示。

圖3 S120_CU320伺服系統(tǒng)參數(shù)圖

3.2 控制系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)控制器主要分為P、PI、PD以及PID四種，每種控制器都有其自身的特點。本文選用PI控制器，用來對轉速和轉矩進行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)轉速一電流雙閉環(huán)控制[4]。在矢量控制系統(tǒng)中，PI控制器參數(shù)選擇的好壞直接影響到電機的靜態(tài)和動態(tài)性能。其主要用于跟蹤反饋量的偏差，對控制量進行調(diào)節(jié)以達到理想的控制效果。本系統(tǒng)中對應的PI控制器的原理圖如圖4所示。

圖4 PI控制器原理圖

4 變速器試驗臺加載實驗結果分析

圖5 變速器實驗臺加載過程曲線

在變速器試驗臺加載檢測運行過程中，獲取到了加載過程曲線如圖5。從實際運行曲線看到，當加載正拖時即輸入軸施加正扭矩時，速度平滑上升，速度上升到設定速度后，對輸入軸施加反扭矩即加載反拖時速度平滑下降，下降到設定速度即完成了整個加載試驗過程。然后換擋進行下一檔試驗。從實際曲線看此變速器試驗臺很好的模擬了變速器實際運行過程中的加減速過程，實現(xiàn)了變速器的加載檢測。

5 結束語

本變速器加載試驗臺現(xiàn)已正常運行并已經(jīng)投入生產(chǎn)。實踐表明此變速器加載試驗臺系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性較高，能準確的對變速器進行出廠前檢測。

[1] 張可,高挺,陳偉才.簡單發(fā)動機、變速箱裝配線的控制實現(xiàn).制造業(yè)自動化.

[2] 賴惠鴿,朱學軍.基于PROFIBUS和SIMATIC S7的分布式I/O控制系統(tǒng)研究.

[3] 西門子編程手冊.

[4] 段明皞,朱曉民,蘇錫年.分布式I/O在汽車發(fā)動機裝配線中的應用.

TH166

A

1009-0134(2010)10(上)-0219-02

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.10(上).68

2010-03-25

郁林聰（1962 -），男，江蘇啟東人，大專生，研究方向為機電設計與制造。