交流測(cè)功機(jī)不是變頻器+電動(dòng)機(jī)
      從電氣傳動(dòng)的角度來看，交流測(cè)功機(jī)是交流傳動(dòng)，即變頻器的一種的應(yīng)用方式。由于設(shè)備的特殊性和應(yīng)用的單一性，長期以來，人們只是把測(cè)功機(jī)當(dāng)作是動(dòng)力試驗(yàn)的負(fù)載模擬和能量吸收裝置。因而也就習(xí)慣性的把交流測(cè)功機(jī)看作是“變頻器 + 電動(dòng)機(jī)”。這就如同把雷達(dá)看作是簡(jiǎn)單的無線電接受與發(fā)射裝置一樣，是非常片面的。
      從控制設(shè)備來看，交流傳動(dòng)與交流測(cè)功都是使用變頻器來控制異步電動(dòng)機(jī)，但兩者無論控制對(duì)象，工作模式以及技術(shù)要求等都有很大的差異。從目前使用情況來看，大家還是停留在變頻器的簡(jiǎn)單使用階段，對(duì)交流測(cè)功機(jī)控制與應(yīng)用存在以下需要解決的問題。
（1） 交流傳動(dòng)主要是轉(zhuǎn)速控制，其目的是實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，此時(shí)電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)。而交流測(cè)功主要是轉(zhuǎn)矩控制，其目的是實(shí)現(xiàn)原動(dòng)機(jī)的負(fù)載模擬，即加載。此時(shí)電機(jī)工作在制動(dòng)狀態(tài)，控制原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩并吸收其輸出的能量。
      就所有的變頻器來說，其轉(zhuǎn)速控制特性和精度非常好，但沒有考慮交流測(cè)功的應(yīng)用，因此也就沒有轉(zhuǎn)矩控制的功能。因此，采取何種策略來控制加載電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)快速而準(zhǔn)確的加載，是交流測(cè)功機(jī)控制的核心問題，也是關(guān)鍵的技術(shù)難點(diǎn)。
（2） 交流測(cè)功機(jī)是一種電動(dòng)加載，同時(shí)具有電動(dòng)機(jī)和測(cè)功機(jī)兩種工作模式，由此產(chǎn)生出許多傳統(tǒng)測(cè)功機(jī)所沒有的加載方法，如瞬態(tài)加載、反拖切換、動(dòng)態(tài)堵轉(zhuǎn)、帶載啟動(dòng)、慣量模擬等。這些新的加載方法是交流測(cè)功機(jī)的特色和亮點(diǎn)，但如何對(duì)它們進(jìn)行規(guī)范性的設(shè)計(jì)，并加以靈活的應(yīng)用，是推廣和應(yīng)用交流測(cè)功機(jī)的關(guān)鍵問題。
（3） 在絕大多數(shù)場(chǎng)合，交流傳動(dòng)只是單一的變速或穩(wěn)速應(yīng)用。而交流測(cè)功是做動(dòng)力試驗(yàn)用的，在工作過程中，加載電機(jī)的轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速需要按照測(cè)試工藝的要求不斷的調(diào)整和變化，以測(cè)試原動(dòng)機(jī)在不同加載條件下的性能參數(shù)和特性曲線。
      加載過程中的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率和效率等參數(shù)需要通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和分析處理。因此，如何實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)交流測(cè)功機(jī)、扭矩傳感器和功率分析儀等所有的測(cè)控設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制和數(shù)據(jù)傳輸，交流測(cè)功機(jī)與動(dòng)力試驗(yàn)系統(tǒng)的綜合應(yīng)用問題。

合成儀器
      美國國防部在2002年向國會(huì)提交的報(bào)告中指出，下一代的測(cè)控系統(tǒng)必須是基于現(xiàn)成可用商業(yè)技術(shù)（COTS）的模塊化的硬件和軟件，同時(shí)強(qiáng)調(diào)了軟件的能動(dòng)作用。為此，提出了合成儀器（Synthetic Instrumentation）的新概念。其目的是進(jìn)一步提高測(cè)控系統(tǒng)的通用性、靈活性、可靠性，同時(shí)節(jié)省研發(fā)費(fèi)用和時(shí)間，降低設(shè)備成本。

      基于同樣的設(shè)計(jì)理念，我們對(duì)交流測(cè)功機(jī)控所需要的全部硬件和軟件進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)，最終研制出一款新型的D8001型高速可編程交流測(cè)功機(jī)控制器，為交流測(cè)功機(jī)的控制與應(yīng)用提供了新的解決方案和一款性能優(yōu)良、功能齊全、操作簡(jiǎn)單、使用方便的測(cè)控儀器。
      D8001是高標(biāo)公司所獨(dú)創(chuàng)的新產(chǎn)品，填補(bǔ)了國內(nèi)外尚未此項(xiàng)產(chǎn)品的空白。我們所使用的技術(shù)全部具有當(dāng)今交流測(cè)功之世界先進(jìn)水平，包括最新的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，實(shí)驗(yàn)室技術(shù)和自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)。
      D8001使用的標(biāo)準(zhǔn)和可選配模塊如下。全部模塊安裝在一個(gè)19吋2U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱中，工藝先進(jìn)，結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便。其中轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制是軟件模塊，直接安裝在變頻器主板的內(nèi)存中。編程接口程序與通訊模塊配套使用，安裝在計(jì)算機(jī)上，可供LabVIEW、C++等應(yīng)用程序調(diào)用，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)D8001的自動(dòng)控制和數(shù)據(jù)傳輸。
      顯示單元：高亮度熒光數(shù)碼顯示屏 （VFD）， 顯示設(shè)定值、實(shí)際值和控制器狀態(tài)。
      邏輯單元：可編程控制器（PLC），用于控制器的功能設(shè)定、狀態(tài)轉(zhuǎn)換和邏輯控制。
      控制單元：高速可編程數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），用于測(cè)功機(jī)數(shù)據(jù)采集和分析處理。
      供電單元：+5V、+24V、+12V 和 ±15V 直流電源，供控制單元和外部傳感器用。
      可選模塊：脈沖編碼器適配器，以太通訊模塊，擴(kuò)展數(shù)字和模擬輸入／輸出模塊等。
 應(yīng)用程序：DynoCON 交流測(cè)功機(jī)應(yīng)用宏。
 控制程序：PI-DTC 轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制軟件模塊。
 編程接口：DynoAPI 動(dòng)態(tài)鏈接庫文件（DLL）。
 定制程序：Pass/Fail 產(chǎn)品的合格/不合格檢驗(yàn)。

控制與應(yīng)用
      有了D8001控制器，我們就可以輕輕松松的操作交流測(cè)功機(jī)了。由于D8001對(duì)交流測(cè)功機(jī)控制與應(yīng)用的全部功能進(jìn)行了明確的定義，無論手動(dòng)操作還是自動(dòng)控制都非常的簡(jiǎn)單方便。

開關(guān)和按鈕

名稱	英文簡(jiǎn)寫	功能描述
電源開關(guān)	POWER	D8001 控制器電源總開關(guān)
故障復(fù)位	RESET	當(dāng)顯示變頻器或控制器出現(xiàn)故障時(shí)，按鍵復(fù)位
電機(jī)轉(zhuǎn)向	FOR／REV	FOR：電機(jī)正轉(zhuǎn)（順時(shí)針），REV：電機(jī)反轉(zhuǎn)（逆時(shí)針）。 注：電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)向需要在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整。
控制模式	DTC／PID	DTC：轉(zhuǎn)矩開環(huán)控制，PID：轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制 注：轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制需要扭矩傳感器并安裝專門的控制程序
加載模式	TOR／SPE	TOR：加載（定轉(zhuǎn)矩控制），SPE：反拖（定轉(zhuǎn)速控制）
功能鍵	F1／F2	預(yù)先定制的特殊控制功能，如動(dòng)態(tài)堵轉(zhuǎn)或帶載啟動(dòng)
手動(dòng)給定	UP-DOWN	轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速的單步加減按鍵，每步 1 rpm或 0.1 Nm
啟停控制	DEC-INC	轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩給定旋鈕，按一次啟動(dòng)，再按一次停止

轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩設(shè)定
      D8001控制器的轉(zhuǎn)矩設(shè)定和轉(zhuǎn)速設(shè)定使用同一個(gè)旋鈕，它能夠根據(jù)運(yùn)行模式的選擇自動(dòng)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速設(shè)定或轉(zhuǎn)矩設(shè)定。手動(dòng)旋鈕使用脈沖發(fā)生器，設(shè)定準(zhǔn)確，使用方便，手感極好。
 
啟動(dòng)和停止
      轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩設(shè)定旋鈕帶有啟動(dòng)／停止運(yùn)行功能，按一次旋鈕即啟動(dòng)，再按一次則停止。

顯示
      兩行40字符高亮度熒光數(shù)碼顯示屏（VFD）可以顯示各個(gè)參數(shù)的設(shè)定值、實(shí)際值、計(jì)算值以及工作狀態(tài)。特殊的顯示內(nèi)容可以定制，如產(chǎn)品的合格與不合格（PASS／FAIL）。

工作模式

運(yùn)行模式	控制方法	使用說明
瞬態(tài)加載	定轉(zhuǎn)矩控制	加載運(yùn)行是一種最常用的控制模式，此時(shí)加載電機(jī)工作在制動(dòng)狀態(tài)，它以其產(chǎn)生制動(dòng)扭矩來控制原動(dòng)機(jī)的輸出扭矩，并吸收原動(dòng)機(jī)輸出的能量。由于 DTC 交流測(cè)功機(jī)的轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)響應(yīng)非常快，故國外稱之為瞬態(tài)加載。
反拖切換	定轉(zhuǎn)速控制	在空載或加載運(yùn)行過程中瞬間將測(cè)功機(jī)切換為電動(dòng)機(jī)，此時(shí)加載電機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)，拖動(dòng)原動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。
動(dòng)態(tài)堵轉(zhuǎn)	零轉(zhuǎn)速控制	快速將空載或帶載旋轉(zhuǎn)的原動(dòng)機(jī)強(qiáng)制到零轉(zhuǎn)速堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。 此種堵轉(zhuǎn)無需制動(dòng)器，是一種動(dòng)態(tài)狀態(tài)，故稱之為動(dòng)態(tài)堵轉(zhuǎn)。
帶載啟動(dòng)	恒轉(zhuǎn)矩控制	預(yù)先設(shè)定一個(gè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，啟動(dòng)過程中負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持恒定不變。
產(chǎn)品檢驗(yàn)	定參數(shù)控制	按照預(yù)先確定的檢驗(yàn)參數(shù)和運(yùn)行模式，在運(yùn)行過程中自動(dòng)檢測(cè)和計(jì)算，給出產(chǎn)品的合格與不合格判斷（PASS／FAIL）。 此功能因測(cè)試工藝不同而需要定制。
自動(dòng)加載	計(jì)算機(jī)控制	通過以太網(wǎng)由計(jì)算機(jī)控制，按照測(cè)試程序自動(dòng)加載。 在計(jì)算機(jī)測(cè)試軟件配合下，可以實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜的加載運(yùn)行模式，如脈沖加載、斜線加載、曲線加載等，為伺服系統(tǒng)等特種電機(jī)和零部件的時(shí)域和頻域特性分析提供先進(jìn)的加載試驗(yàn)手段。

 

應(yīng)用實(shí)例

      CMTS是高標(biāo)公司采用交流測(cè)功機(jī)設(shè)計(jì)和制造的一種新型伺服系統(tǒng)特性分析與檢測(cè)平臺(tái)，主要用于伺服電機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)器的集成檢測(cè)。高標(biāo)公司獨(dú)創(chuàng)的轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制策略和D8001可編程交流測(cè)功機(jī)控制器的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了DTC 直接轉(zhuǎn)矩控制與轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制的完美結(jié)合，極大的提高了測(cè)控系統(tǒng)的控制精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，為實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)線應(yīng)用的提供了一套技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、操作簡(jiǎn)單、使用方便的智能儀器。在測(cè)試精度、測(cè)試速度和測(cè)試方法等方面都有別于傳統(tǒng)的電機(jī)測(cè)試平臺(tái)，并有廣泛的通用性、靈活性和實(shí)用性。

      CMTS電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)電氣連接如圖所示，全部的測(cè)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)了模塊化和柔性化。主要設(shè)備有：

n    ABB公司ACS800系列變頻器，能耗吸收型。

n    ABB三相異步加載電動(dòng)機(jī)，帶脈沖編碼器。

n    D8001 高速可編程交流測(cè)功機(jī)控制器。

n    德國ETH公司扭矩傳感器。

n    CMTS 8.0電機(jī)測(cè)試軟件。

結(jié) 語

      通過對(duì)ABB變頻器的軟件和硬件進(jìn)行全面的二次開發(fā)，以合成儀器的設(shè)計(jì)思想，為交流測(cè)功機(jī)的控制與應(yīng)用提供了全新的解決方案和一款多功能的測(cè)控儀器。

      由D8001具有高度靈活的編程能力以及豐富的可選配模塊，因而可以滿足各種交流測(cè)功機(jī)的應(yīng)用。D8001可以單獨(dú)使用，手動(dòng)操作，也可以與計(jì)算機(jī)和其它測(cè)控設(shè)備配搭使用，共同構(gòu)建出一個(gè)模塊化、智能化和柔性化的動(dòng)力試驗(yàn)與測(cè)控系統(tǒng)。