摘要：提出了用計算機(jī)來控制磁粉制動器以得到可控動態(tài)轉(zhuǎn)矩的設(shè)想，并設(shè)計和試制了整套裝置的機(jī)械部分和電氣部分，編寫了相應(yīng)的通訊及界面程序，研制成功了750W，5N•m級可控動態(tài)轉(zhuǎn)矩的機(jī)械模擬負(fù)載系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了通過計算機(jī)控制機(jī)械模擬負(fù)載從而輸出任意可控動態(tài)轉(zhuǎn)矩的目的。 關(guān)鍵詞: 轉(zhuǎn)矩；機(jī)械模擬負(fù)載；磁粉制動器；MSComm控件。 [align=center]The Research of Mechanics stimulant load In 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 Model 1 引言 研制一套用計算機(jī)控制的，能生成時變動態(tài)轉(zhuǎn)矩的機(jī)械模擬負(fù)載系統(tǒng)對于研究機(jī)電傳動控制系統(tǒng)的動態(tài)特性和優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)都具有相當(dāng)重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文介紹的機(jī)械模擬負(fù)載系統(tǒng)使用磁粉制動器輸出轉(zhuǎn)矩，通過計算機(jī)對輸出的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，以得到實(shí)驗所需的動態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩。利用研制的機(jī)械模擬負(fù)載構(gòu)成機(jī)電傳動控制實(shí)驗系統(tǒng)，可以得到有關(guān)典型機(jī)電傳動控制動態(tài)過程的一般結(jié)論。 不同類型的負(fù)載具有不同的T—n特性，特別是在動態(tài)的情況下，不同的負(fù)載特性對于拖動負(fù)載的電機(jī)及其前級控制系統(tǒng)的性能、控制模式都有不同的要求。使用研制成功的750W，5N•m級可控動態(tài)轉(zhuǎn)矩的機(jī)械模擬負(fù)載系統(tǒng)的可模擬各鐘不同的負(fù)載對不同的電機(jī)進(jìn)行動態(tài)轉(zhuǎn)矩加載的動態(tài)過程的實(shí)驗研究。 2 機(jī)電傳動系統(tǒng) 機(jī)電傳動系統(tǒng)是一個由電動機(jī)拖動、并通過傳動機(jī)構(gòu)帶動生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)電運(yùn)動的動力學(xué)整體。如圖1-1所示 [align=center] 圖1-1[/align] 機(jī)電傳動系統(tǒng)中轉(zhuǎn)矩是各種工作機(jī)械傳動軸的基本載荷形式，與動力機(jī)械的工作能力、能源消耗、效率、運(yùn)轉(zhuǎn)壽命及安全性能等因素緊密聯(lián)系，轉(zhuǎn)矩的測量對傳動軸載荷的確定與控制、傳動系統(tǒng)工作零件的強(qiáng)度設(shè)計以及原動機(jī)容量的選擇等都具有重要的意義。 二．模擬機(jī)械負(fù)載的方法 目前用來模擬負(fù)載轉(zhuǎn)矩的主要方法有兩種： 1、采用磁粉制動器； 2、采用直流發(fā)電機(jī)加電阻箱負(fù)載。 采用直流發(fā)電機(jī)加電阻箱負(fù)載的方法比較復(fù)雜，而采用磁粉制動器的費(fèi)用和控制都比較方便，加上程序控制器之后能夠和電腦進(jìn)行連接，然后通過編制VB的程序，能夠非常方便的設(shè)置負(fù)載的數(shù)值。 三．磁粉制動器 磁粉制動器是一種性能優(yōu)越的自動控制元件。它以磁粉為工作介質(zhì)，以激磁電流為控制手段，達(dá)到控制轉(zhuǎn)矩的基本特性、制動或傳遞轉(zhuǎn)矩的目的。其輸出轉(zhuǎn)矩與激磁電流呈良好的線性關(guān)系而與轉(zhuǎn)速或滑差無關(guān)，并具有響應(yīng)速度快結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于印刷、包裝、造紙及紙品加工、紡織、印刷、電線、電纜、橡膠皮革、金屬箔帶加工等有關(guān)卷取裝置的張力自動控制系統(tǒng)中。 1、負(fù)載特性 磁粉制動器的允許滑差功率,在散熱條件一定時,是定值。其連續(xù)運(yùn)行時，實(shí)際滑差需在允許滑差功率以內(nèi)。使用轉(zhuǎn)速高時，需降低力矩使用。其特性如圖3-1所示。 [align=center] 圖3-1[/align] 2、特點(diǎn)： （1）激磁電流與轉(zhuǎn)矩成線性關(guān)系：磁粉類器件所傳遞的轉(zhuǎn)矩如圖3-2所示，大致上和激磁電流的大小呈線性關(guān)系。一般而言，在5～95％的額定轉(zhuǎn)矩內(nèi)，激磁電流與轉(zhuǎn)矩成正比例線性關(guān)系。 （2）穩(wěn)定的滑差轉(zhuǎn)矩：當(dāng)激磁電流保持不變時，轉(zhuǎn)矩將會穩(wěn)定的傳遞，不受滑差的影響如圖3-3所示。靜止和轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)矩不變。因此，只要控制電流，即能控制轉(zhuǎn)矩的大小。 （3）快速響應(yīng)特性：磁粉制動器的轉(zhuǎn)矩上升時間，轉(zhuǎn)矩下降時間都極短，因此可以用于頻繁啟停、換向的場合。 （4）控制功率小：功率放大倍數(shù)高，可用很小的激磁電流控制很大的傳遞功率，易于實(shí)現(xiàn)自動控制。 （5）運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無振動，無沖擊，低噪音。 （6）過載保護(hù):在轉(zhuǎn)矩超載情況下，自動滑差運(yùn)行起到過載保護(hù)作用 四．主要結(jié)構(gòu)圖 [align=center] 圖4-1[/align] 圖4-1為主要的連接結(jié)構(gòu)圖，其中“傳動環(huán)節(jié)”可以由減速器、配重盤、絲桿傳動等系統(tǒng)的任意連接組合。 五．VB（Visual Basic 6.0）中MSComm控件簡介 利用VB中的MSComm控件能十分方便地開發(fā)出使用計算機(jī)串口的計算機(jī)通信程序。 MSComm控件提供了兩種處理通信的方式：一種為事件驅(qū)動方式，該方式相當(dāng)于一般程序設(shè)計中的中斷方式。當(dāng)串口發(fā)生事件或錯誤時，MSComm控件會產(chǎn)生OnComm事件，用戶程序可以捕獲該事件進(jìn)行相應(yīng)處理。另一種為查詢方式，在用戶程序中設(shè)計定時或不定時查詢MSComm控件的某些屬性是否發(fā)生變化，從而確定相應(yīng)處理。在程序空閑時間較多時可以采用該方式。 此次的設(shè)計主要是運(yùn)用VB通過RS-232接口對WLKC-3B程控電源進(jìn)行控制，而需要與RS-232進(jìn)行通訊則必須要用到VB中的MSComm控件，利用MSComm控件實(shí)現(xiàn)計算機(jī)通信的關(guān)鍵是理解并正確設(shè)置MSComm控件眾多屬性和方法。 CommEvent：這是一個非常重要的屬性。該屬性設(shè)計時無效，運(yùn)行時只讀。一旦串口發(fā)生通信事件或產(chǎn)生錯誤，依據(jù)產(chǎn)生的事件和錯誤，MSComm控件為CommEvent屬性賦不同的代碼，同時產(chǎn)生OnComm事件。用戶程序就可在OnComm事件處理程序中針對不同的代碼，進(jìn)行相應(yīng)的處理。 六．VB程序 將VB程序設(shè)計成為一個按鈕的程序，并且能夠在按下按鈕之后自動地定時發(fā)送數(shù)據(jù)并且產(chǎn)生波形，方便了實(shí)際操作中的功能。并能產(chǎn)生如圖6-1所示的各類隨機(jī)轉(zhuǎn)矩。 [align=center] 圖6-1[/align] 結(jié)論 （1）、擁有一臺能輸出可控時變轉(zhuǎn)矩的模擬機(jī)械負(fù)載對于改善機(jī)電傳動系統(tǒng)實(shí)驗環(huán)境來說是具有非常積極的意義，這意味著可以在實(shí)驗室的條件下取得模擬實(shí)際工況下的任意加載形式。試制成功的“可控時變轉(zhuǎn)矩的模擬機(jī)械負(fù)載裝置”為機(jī)電傳動控制系統(tǒng)、運(yùn)動控制系統(tǒng)、數(shù)控伺服系統(tǒng)的加載動態(tài)實(shí)驗提供了有效的手段。 （2）、采用磁粉制動器作為動態(tài)轉(zhuǎn)矩輸出裝置是可行的。磁粉制動器的輸出轉(zhuǎn)矩與輸入電流線性相關(guān)，在所作的動態(tài)轉(zhuǎn)矩輸出試驗中，當(dāng)給出兩個不同值的轉(zhuǎn)矩之間的時間間隔為30ms時，磁粉制動器工作正常。 （3）、用計算機(jī)控制機(jī)械系統(tǒng)是本次設(shè)計的重點(diǎn)之一。關(guān)鍵技術(shù)在于溝通計算機(jī)與磁粉制動器的程控電源之間的接口。利用VB程序語言編寫了接口程序的界面程序，使得能在計算機(jī)上生成任意轉(zhuǎn)矩曲線，作為磁粉制動器的輸入，從而實(shí)現(xiàn)了任意時變轉(zhuǎn)矩的輸出。 參考文獻(xiàn)： [1] 張鳳生,徐志良.動態(tài)轉(zhuǎn)矩測量技術(shù)研究.現(xiàn)代計量測試,1997，6月. [2] 賈貴璽 , 齊樂 , 張炳達(dá).電力系統(tǒng)動態(tài)模擬中可控負(fù)載的設(shè)計. 電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，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）