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运动控制器加速NASCAR标准化进程

作者:Peter Nachtwey,Delta Computer Systems2008.12.29阅读 3457

  汽车测试设备制造商开始对NASCAR标准底盘试验台进行改进,使之具有更优良的动态性同时降低维护。

  可编程多轴运动控制器因其能模拟系统受到的实际压力,极大地改革了机械系统的性能调节方式。它们能在试验室环境中重现一系列的实际运动刺激,并使在现实中难以进行并耗时的试验得以完成。
  看看这个试图测量航道上赛车底盘如何随路面及空气压力伸缩的例子。在赛车进入弯道的时候,将会出现多种不同的车轮位置,车子的重量也会在车轮之间传递。此时首尾弧度会改变,车轮在不同的赛道地点可能出现“起伏转向”。在赛车行驶时,要测量其底盘受到的压力极其困难,且可利用的赛道时间也很有限。若赛队能在赛道外对其赛车的底盘和中止反应能力进行测试和调节,便能更精确地优化赛车性能并占据竞争优势。
  多年来,赛车队一直在寻找能在试验台上对赛车底盘调节性能进行测试的方法。首个被开发出来的此类系统叫做“K-Rig”,大约四年前投入使用,并成为了NASCAR众多赛车队的标准。  


KD-Rig的每个车轮都配备了线性运动执行机构,连接着由伺服电动机驱动的滚珠丝杠。

  K-Rig使用线性水压执行机构对每个车轮单独施压。它被证明是有效

的,但难以进行精确调节,且很难用于动态测试车身的扭转特性。
  由于早期系统具有这样的局限性,作为最初的K-Rig厂商之一的Concord, N.C.的ADI,开始设计被其称之为KD-Rig的升级系统。这个升级系统将改进K-Rig的动态试验性能,达到更紧密的控制以及减少系统的维护费用。
  为达到更紧密控制和更低维护费用的要求,ADI将K-Rig的水压执行机构修改为电动机械方案,使用电气伺服系统来拖动滚珠丝杠,以将转动转换为线性运动。ADI工程师研制了这一版本的原型,而它也运转得相当好。但此系统对压力进行程序编制的精度仍不足以达到他们的目标,它也不太好控制;有时它会左右偏离其位置以及压力目标。
  ADI工程师花了大约3个月时间,试图使现有的控制器能跟随压力和位置剖面,最后才决定使用新的运动控制器。ADI的总经理Jay Drake曾使用过VancouverCONTROL ENGINEERING China版权所有,WA的Delta Computer Systems公司的运动控制器,在他的建议下,他们在系统中加入了一个Delta的RMC150八轴运动控制器。之后,他们便对系统进行程序编制和调试,并在数星期内实现了系统的完美运转。
  使用与原始KD-Rig相同的电气伺服和滚珠丝杠系统,控制器便可以达到很高的精度。因此,不需要再回头考虑除最低成本以外的水力学应用。控制器提供的精确控制使得新KD-Rig系统能始终以小数点后7位以内的精度达到目标轴位置。

  形成曲线
  其他控制器可能需要很多预先编程www.cechina.cn,但Delta控制器不同,它可以运行能产生先进运动剖面的独立运动程序。例如,ADI最近制造出一个能产生仿样函数指令的预处理程序,可形成连续曲线运动并施加于系统。
  RMC运动控制器通过使用者或主机管理员插入的数据点来制造曲线。它提供了很多曲线绘制及跟随的选项,使应用范围更为宽广。使用KD-Rig时CONTROL ENGINEERING China版权所有,可从赛道上的运动刺激记录中获得数据。曲线可用于时基运动,此时曲线定义了轴在确定时间的位置,也可用于基于操作者的运动,此时曲线通过操作者确定轴的位置,对另外的轴也是如此。
  在KD-Rig中,形成的随动剖面是连续的,类似于实际赛道上的赛车运动。早先的系统有时会出现运动中断,而这将降低测试的真实性和数据准确度。  


图中示出独立的隅载荷以及弯道间重力变化的总百分比。所示数据为对一个完整圈道的模拟。

  运动控制程序也易于扩展,这使得ADI能扩充和发展机械所支持的测试序列。最新的KD-Rig采用了八根运动轴。除四个轮胎的每一个都配备线性运动系统外,还有三个气压载荷执行机构对车身作随机推动,以模拟向下的空气压力效应。此外还有八根轴,对驾驶中采取的操作进行模拟。
  Delta Computer Systems控制器的传感器输入,是由安装在每个执行机构上的磁致伸缩线性位移传感器(MLDT)提供的,它提供位置反馈。在每个执行器机构上还有一个能提供所施压力信息的测压元件。控制器提供这些装置的直接界面CONTROL ENGINEERING China版权所有,也提供驱动伺服电动机的直接输出。

  植入以太网
  为了给系统提供全面的控制和用户界面,ADI在操纵室中安装了PC,它运行Steeplechase提供的VLC作为控制程序并使用Indusoft的HMI。数据的获取由许多电动机组所采用的Pi Research来掌控。
  除了运动控制器的支持软件以外,PC还使用Delta的RMCTools软件作为诊断/调试工具。控制PC和运动控制器之间的所有通信都发生在控制器的内置以太网界面上。
  垂直的车轮执行机构被嵌在通常连接车轮的地方。测试时控制工程网版权所有,可以进行预编程,使所有车轮进行某一范围的运动,也可以向每个车轮

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