2.2 轴系加速度测量 

　　轴系速度传感器采用光电编码器，分度值为360。PLC测速模块采用西门子公司的FM350?1，该模块可以自动计算转速信号。加速度信号是速度的微分，因为FM350的闸门时间设定为50 ms，因此采用直接微分法计算角加速度误差很大，经过笔者试验，采用惯性滤波+三点微分法计算角加速度，精度较高。图5为角加速度计算模型。 

　　 

　　图5 角加速度计算框图 

　　2.3 鼓轮惯量测量 

　　以不同角加速度[ε1…εn]进行惯量测试试验，每个角加速度值[εi]上进行多次测试试验求其平均值作为鼓轮系该加速度下的有效值。具体做法如下： 

　　（1） 打开鼓轮风阻补偿器模块，以最小设计角加速度值[ε1]驱动电机带动鼓轮从静止状态加速（即鼓轮处于恒加速度控制），当鼓轮速度经过半基速时，采集并记录当时的力矩计读数[Tsn=ne2]（此时力矩计读数中包括了加在鼓轮上的加速力矩[Taω=ωn2、]风阻补偿力矩[Tfzbω=ωn2、]轴承摩擦损耗力矩[Tzcbω=ωn2]）。由于鼓轮速度相关损耗已经测试并得到验证，根据风阻?速度拟合方程可以计算出半基速下鼓轮损耗力矩，依据下式计算该加速度工况下的鼓轮惯量值： 

　　[Taω=ωn2=Tsω=ωn2-Tfzbω=ωn2-Tzcbω=ωn2] （3） 

　　[J11=Taω=ωn2ε1] （4） 

　　（2） 同样方法再进行二次试验，得到[ε1]试验工况下相应的惯量值[J12，][J13，]从而求其均值得到该加速度工况下的惯量平均测试值[J1；] 

　　[J1=J11+J12+J133] （5） 

　　（3） 重复步骤（1），（2）对[ε2…εn]等加速度工况分别测试，得到相应的惯量值[J2…Jn；] 

　　这样在不同加速度下便可得到鼓轮惯量的序列值[J（εi），]最后对惯量序列值计算其代数平均值得到鼓轮惯量测量值。为了保证每个加速度下惯量值计算的准确度，可以重复多次进行测试。 

　　3 试验结果及分析 

　　应用以上方法对试验台鼓轮系进行转动惯量测量试验。根据式（3）、式（4）、式（5）分别在不同加速度下多次测量读数力矩值并取其平均值计算鼓轮转动惯量，部分计算数据如表1所示。 

　　表1 部分计算数据 

　　[鼓轮角加速度 

　　ε /（[rad/s2]）＼&力矩计输出 

　　[Ts ]/（N·m）＼&鼓轮风阻 

　　[Tgl（n=500） ]/（N·m）＼&测量惯量值 

　　[Ji ]/（N·ms2）＼&0.280＼&3 376.798＼&412.02＼&10 599.08＼&0.420＼&4 794.441＼&412.02＼&10 444.77＼&0.559＼&6 210.122＼&412.02＼&10 364.11＼&0.699＼&7 581.266＼&412.02＼&10 252.02＼&0.979＼&10 834.85＼&412.02＼&10 646.18＼&1.399＼&15 194.61＼&412.02＼&10 569.55＼&2.098＼&21 677.35＼&412.02＼&10 136.48＼&2.797＼&28 731.82＼&412.02＼&10 124.33＼&3.497＼&35 770.1＼&412.02＼&10 112.41＼&4.196＼&42 904.33＼&412.02＼&10 127.33＼&4.895＼&49 946.54＼&412.02＼&10 119.19＼&5.594＼&57 039.07＼&412.02＼&10 122.08＼&] 

　　将上述各角加速度下计算的惯量值求和取其均值得到鼓轮系惯量值为10 301.46 N·ms2，试验台鼓轮系惯量设计值为10 374 N·ms2，测试误差为-0.7%，显然测试结果具有较高的精度，多次测量结果表明有很好的一致性，说明试验方法是合理可行的。 

　　4 结 语 

　　（1） 在此提出的回转体传动系统转动惯量的在线测量方法是可行的，且被测系统具有一般性，因此这种测量方法在实际工程生产中具有普遍意义。 

　　（2） 本试验方法测试虽然复杂、测试周期长，但是测试结果精确，误差较小，尤其适宜具有电惯量模拟控制应用的鼓轮系惯量测试场合。 

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