基于SINAMICS S120的变速器试验台加载控制系统设计

郁林聪，吴 达

YU Lin-cong, WU Da

（1. 山西柴油机厂，大同；2. 北京机械工业自动化研究所，北京 100120 ）

基于SINAMICS S120的变速器试验台加载控制系统设计

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

郁林聪，吴 达

YU Lin-cong, WU Da

（1. 山西柴油机厂，大同；2. 北京机械工业自动化研究所，北京 100120 ）

本文简述了变速器加载试验台的试验原理，重点介绍了本系统的设计过程以及西门子伺服控制SINAMICS S120在本系统中的应用。

变速箱；伺服控制；SINAMICS S120

0 引言

随着国内汽车市场的不断扩大，汽车行业对变速器的需求也不断增长，对汽车变速器的质量要求也越来越高，这就要求既要有高科技的加工手段，又要有高质量的检测设备，变速器的出厂检验是控制出厂质量的重要环节。本文主要介绍了一种基于西门子SINAMICS S120控制器的变速器加载试验台的系统原理与设计过程[1]。

1 变速器试验台加载试验原理

变速器试验台驱动和加载系统的硬件配置情况如图1所示：主要是由一台输入电机，两台输出电机，编码器以及电磁离合器组成。其试验原理是采用一台交流电机作为输入轴电机,通过联轴节、离合器与变速箱的输入轴相联，二台交流电机作为输出轴电机通过联轴节与变速箱的输出轴相联。在进行加载试验时，输入轴电机拖动变速箱运转时，输出轴电机作为发电机对变速箱进行加载，加载能量变成电能用于供给输入轴电机所需电能，不足的部分由电网提供[2]。

图1 设备基本组成原理图

2 变速器试验台加载控制系统模型

上节分析了变速器试验台的加载试验原理，进一步分析我们可知变速器试验台加载试验原理的实质是输入轴保持一定的转速拖动变速器旋转，然后通过加载电机输出一恒定的正拖扭矩或反拖扭矩，使变速器输入轴与输出轴之间产生扭矩差，这样加载扭矩就被施加于变速器。根据试验过程的具体要求，保持这一状态持续运转一定的时间，这样就实现了对变速器的加载检测。由于要保持输入轴转速和输出轴加载扭矩恒定，在本系统用应用矢量控制器来实现。变速器加载试验台的总体模型如图2所示。

图2 变速器试验台加载控制系统总体模型

3 变速器试验台加载控制系统设计

由上节已经分析得出了变速器试验台加载控制系统的总体模型，从模型中看出本系统的关键部分是矢量控制器，矢量控制器的性能好坏直接影响了整个系统的性能。由于本控制系统要求电动机的转速和扭矩在一定的变化范围之内，并且要求其具有极高的控制精度和极短的响应时间。针对该控制系统的要求和该试验台的非标准开发的特点，本系统选用了西门子可编程控制器与SINAMICS S120伺服控制器来完成控制功能。西门子SINAMICS S120机柜单元是模块式的机柜系统，可以用来实现工厂设备中任何多轴应用解决方案，其有以下特点[3]：

1）模块式设计和广泛的可选性保证了高度的灵活性；

2）非常紧凑的驱动器解决方案，易于互联；

3）使用预设的直流母排进行功率连接；

4）通过DRIVE-CLIQ进行数据连接；

5）快速可靠的安装和调试。

3.1 控制系统硬件配置

选用了西门子SINAMICS S120作为本系统的控制器之后，本系统所需要的主要硬件如表1所示。

表1 控制系统硬件列表

其中S120_CU320伺服系统详细参数如图3所示。

图3 S120_CU320伺服系统参数图

3.2 控制系统原理图

系统控制器主要分为P、PI、PD以及PID四种，每种控制器都有其自身的特点。本文选用PI控制器，用来对转速和转矩进行调节，实现转速一电流双闭环控制[4]。在矢量控制系统中，PI控制器参数选择的好坏直接影响到电机的静态和动态性能。其主要用于跟踪反馈量的偏差，对控制量进行调节以达到理想的控制效果。本系统中对应的PI控制器的原理图如图4所示。

图4 PI控制器原理图

4 变速器试验台加载实验结果分析

图5 变速器实验台加载过程曲线

在变速器试验台加载检测运行过程中，获取到了加载过程曲线如图5。从实际运行曲线看到，当加载正拖时即输入轴施加正扭矩时，速度平滑上升，速度上升到设定速度后，对输入轴施加反扭矩即加载反拖时速度平滑下降，下降到设定速度即完成了整个加载试验过程。然后换挡进行下一档试验。从实际曲线看此变速器试验台很好的模拟了变速器实际运行过程中的加减速过程，实现了变速器的加载检测。

5 结束语

本变速器加载试验台现已正常运行并已经投入生产。实践表明此变速器加载试验台系统稳定性和可靠性较高，能准确的对变速器进行出厂前检测。

[1] 张可,高挺,陈伟才.简单发动机、变速箱装配线的控制实现.制造业自动化.

[2] 赖惠鸽,朱学军.基于PROFIBUS和SIMATIC S7的分布式I/O控制系统研究.

[3] 西门子编程手册.

[4] 段明皞,朱晓民,苏锡年.分布式I/O在汽车发动机装配线中的应用.

TH166

A

1009-0134(2010)10(上)-0219-02

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

2010-03-25

郁林聪（1962 -），男，江苏启东人，大专生，研究方向为机电设计与制造。