具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

转矩是各种工作机械传动轴的基本载荷形式，与动力机械的工作能力、能源消耗、效率、运转寿命及安全性能等因素紧密联系，转矩的测量对传动轴载荷的确定与控制、传动系统工作零件的强度设计以及原动机容量的选择等都具有重要的意义。电磁转矩是电动机旋转磁场各极磁通与转子电流相互作用而在转子上形成的旋转力矩。负载转矩是电动机要带动负载所要求的转矩，也是电动机输出转矩。电磁转矩和负载转矩相差的是电动机的机械损耗。

实施例一

如图1-2所示，本实施例提供了一种矿用变频带式输送机的负载模拟测试装置。矿用变频带式输送机主要包括驱动电动机II101、驱动滚筒102、清洁部件103、支撑辊104、输送带105、改向滚筒106、张紧装置107、张紧钢绳108及张紧悬块109，输送带105套在驱动滚筒102和改向滚筒106上，支撑辊104设置在输送带105的下方且与输送带105接触，清洁部件103与驱动滚筒102连接，张紧装置107与改向滚筒106连接，张紧钢绳108与张紧装置107连接，张紧悬块109与张紧钢绳108连接。驱动电动机II101可以通过减速器或采用永磁直驱/半直驱系统使得驱动滚筒102转动，输送带105依靠驱动滚筒102与输送带105之间的摩擦力实现输送带105移动，支撑辊104可以对输送带105起到支撑作用，清洁部件103可以清理驱动滚筒上的煤块，减小驱动滚筒102转动时的阻力。负载模拟测试装置包括基座1，基座1上设有变频驱动机构2、第一联轴器3、转矩转速传感器4、第二联轴器5、可编程逻辑控制器6、上位机7及动态加载机构8，变频驱动机构2与转矩转速传感器4通过第一联轴器4连接，动态加载机构8与转矩转速传感器4通过第二联轴器5连接，变频驱动机构2与可编程逻辑控制器6连接，转矩转速传感器4与可编程逻辑控制器6通信连接，动态加载机构8与可编程逻辑控制器6连接，可编程逻辑控制器6与上位机7通信连接。

变频驱动机构2包括驱动变频器21及驱动电动机I22，驱动变频器21与驱动电动机I22连接，驱动变频器21及驱动电动机I22均安装于基座1上，驱动电动机I22与转矩转速传感器4通过第一联轴器3连接，驱动变频器21与可编程逻辑控制器6连接。

动态加载机构8包括负载变频器81及负载电动机82，负载变频器81与负载电动机82连接，负载变频器81及负载电动机82均安装于基座1上，负载电动机82与转矩转速传感器4通过第二联轴器5连接，负载变频器81与可编程逻辑控制器6连接。

本实施例的矿用变频带式输送机的负载模拟测试装置，驱动电动机I22的工作状态为电动状态，动态加载机构8可以模拟变频带式输送机的各种负载工况，例如，模拟输送带上物料的不同重量(轻载、中载、重载、超载)，负载变频器81为四象限变频器，负载电动机82的工作状态为发电状态，第一联轴器4和第二联轴器5的刚度很大，防止在转动过程中会出现松动。采用直接转矩控制(Direct Torque Contro，DTC)原理，驱动电动机I22以转速控制模式启动，负载电动机82则以转矩控制模式为驱动电动机I22提供模拟负载，转矩转速传感器4可以实时采集负载电动机82的输出转矩，负载变频器81可以控制负载电动机82的输出转矩的大小和方向并将输出转矩施加在驱动电动机I22上，此时，驱动变频器21要根据输出转矩的大小控制驱动电动机I22输出相应的转矩，从而实现对驱动变频器21调速控制性能的测试。可编程逻辑控制器6可以实时监控负载模拟测试的整个过程并进行调整，可编程逻辑控制器6可以与上位机7进行通信，上位机7可以对测试过程中的转矩、速度、电流、电压等状态参量进行实时显示、分析并保存。本装置通过动态加载机构8模拟实际负载情况对变频驱动机构2进行加载测试，从而了解到驱动变频器21对驱动电动机I22的控制性能，这样能够提高变频器变频调速控制性能测试结果的有效性和可靠性，提高客户对产品性能的满意度。

实施例二

如图3-5所示，本实施例提供了一种矿用变频带式输送机的负载模拟测试方法，采用实施例一的矿用变频带式输送机的负载模拟测试装置，本方法主要包括以下步骤。

S1：根据矿用变频带式输送机的空载段直线阻力Fk、承载段直线阻力Fz、荷载时加速阻力Fa、装载处侧板阻力Fb及清扫部件阻力Fc，计算变频带式输送机的负载转矩T_L ^*。

需要说明的是，这里的变频带式输送机是指实际使用的变频带式输送机，根据实际计算得到的空载段直线阻力Fk、承载段直线阻力Fz、荷载时加速阻力Fa、装载处侧板阻力Fb及清扫部件阻力Fc参数，建立变频带式输送机的运行阻力模型，根据力在输送带中的传递原理，结合圆周力与转矩的变换关系，可以得到变频带式输送机的驱动电动机II的负载转矩T_L ^*。

空载段直线阻力Fk的计算公式为：

F_k＝gL[(q_t+q_d)·ω₁·cosβ-q_dsinβ] (1)

承载段直线阻力Fz的计算公式为：

F_z＝gL[(q+q_t+q_d)·ω₂·cosβ-(q+q_d)sinβ] (2)

荷载时加速阻力Fa的计算公式为：

装载处侧板阻力Fb的计算公式为：

F_b＝l(16B²γ+70) (4)

清扫部件阻力Fc的计算公式为：

F_c＝200B (5)

则负载转矩T_L ^*的计算公式为：

其中，g为重力加速度，L为输送带长度，v为输送带的传输速度，q_t为支承辊线质量，q_d为输送带线质量，β为输送带的平均倾斜角，q为输送带上物料的线质量，ω₁和ω₂为支承辊密封系数，B为输送带宽度，γ为物料集散密度，l为导料槽侧板长度，D为驱动滚筒直径。

S2：根据负载转矩T_L ^*，上位机计算驱动电动机I的负载转矩与变频带式输送机中的驱动电动机II的负载转矩的相似系数Z_T。

需要说明的是，步骤S2具有包括：

S21：获得矿用变频带式输送机中的驱动电动机II的运动方程：

其中，T_e*为驱动滚筒的输出转矩，J_r*为驱动滚筒的转动惯量，J_m*为驱动电动机II的转动惯量，ω*为驱动滚筒的转速，n_p*为驱动电动机II的极对数，N为驱动滚筒和驱动电动机II之间的传动比。

S22：获得负载模拟测试装置中驱动电动机I的运动方程：

其中，J₁为驱动电动机I的转动惯量，ω为驱动电动机I的转速，T₁为驱动电动机I的电磁转矩，T_L为驱动电动机I的负载转矩，n_p1为驱动电动机I的极对数，J_C1为第一联轴器的转动惯量。

S23：根据相似原理，得到驱动电动机I的负载转矩与驱动电动机II的负载转矩的相似系数Z_T为：

需要说明的是，根据相似原理，变频带式输送机的物理参数与负载模拟测试装置相应物理参数的大小成比例关系，且各物理量矢量方向一致。因此，采用等效缩放的方式对变频带式输送机的物理参数进行处理，再结合公式(7)和(8)就可以得到驱动电动机I的负载转矩与驱动电动机II的负载转矩的相似系数Z_T。其中，转动惯量的比例系数为角速度的比例系数为Z_ω＝ω_m*/ω_m，电磁转矩的比例系数为Z_Te＝T_e*/T₁，负载转矩的比例系数为Z_TL＝T_L ^*/T_L，驱动电动机I的电磁转矩T₁与负载转矩T_L可以近似相等，假设Z_Te＝Z_TL≈Z_T，则公式(7)可以变换为：

通过公式(10)即可以推导出相似系数Z_T的表达式。

S3：根据相似系数Z_T，上位机计算得到驱动电动机I的负载转矩T_L＝T_L ^*/Z_T，并将负载转矩T_L作为给定转矩值发送给负载变频器，负载变频器通过负载电动机将给定转矩值施加给驱动电动机I，负载变频器通过控制负载电动机的输出转矩大小和方向对驱动变频器的调速控制性能进行模拟测试。

需要说明的是，负载变频器和负载电动机是作为模拟实际工况使用，负载电动机输出转矩的大小和方向可以表示不同的工况，负载变频器将负载电动机的输出转矩施加给驱动电动机I，驱动变频器再控制驱动电动机I的转速变化，从而实现对驱动变频器调速控制性能的测试。通过对驱动电动机I的加载模拟，可以了解到驱动变频器对驱动电动机I的控制性能。

本实施例还可以包括以下步骤：

S4：构建负载模拟测试装置的运动方程：

其中，T₂为负载电动机的电磁转矩，J₂为负载电动机的转动惯量，n_p2为负载电动机的极对数，J_C2为第二联轴器的转动惯量，P_m2为负载电动机的机械损耗，P_a2为负载电动机的附加转矩损耗，P_m1为驱动电动机I的机械损耗，P_a1为驱动电动机I的附加转矩损耗。公式(11)结合了驱动电动机I和负载电动机的机械损耗和附加转矩损耗，根据公式(11)，可以得到驱动电动机I的电磁转矩T₁、负载电动机的电磁转矩T₂以及驱动电动机I的转速ω之间的关系。当驱动电动机I在电磁转矩T₁和T₂的作用下，可以计算出驱动电动机I的实际转速ω，进而求得负载电动机机械损耗和附加转矩损耗引起的稳态误差。由于求解实际转速ω的过程中存在速度的微分项，易引起噪声干扰和系统震荡，可以通过低通滤波器(Low-passfilter，LPF)进行滤波处理。

S5：对驱动电动机I和负载电动机采用直接转矩控制原理，使得驱动电动机I工作在电动状态，负载电动机工作在发电状态；通过设计恒转矩加载控制策略，使得驱动电动机I与负载电动机构成转矩闭环，对负载模拟测试装置的转矩加载误差进行补偿控制。

需要说明的是，本实施例采用直接转矩控制原理，驱动电动机I以转速控制模式启动，负载电动机则以转矩控制模式为驱动电动机I提供加载转矩。通过设计恒转矩加载控制策略，通过转矩转速传感器实时采集负载电动机的输出转矩值，计算给定转矩值与输出转矩值之间的差值X1以及负载电动机稳态误差与输出转矩值之间的差值X2，并将差值X1和X2输入给PI控制器(PI控制器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制)，PI控制器动态补偿转速变化引起的加载转矩误差，使得驱动电动机I与负载电动机构成转矩闭环，提高转矩加载模拟的准确性。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要如权利要求范围来确定其技术性范围。