步進電機綜合自動化測試系統(tǒng)及其測試方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種能夠完成步進電機步距角精度、靜力矩、最高工作頻率和工作電流測試的綜合自動化測試系統(tǒng)。該步進電機綜合自動化測試系統(tǒng),包括控制單元、數(shù)據(jù)處理和顯示單元、被測步進電機、步進電機驅(qū)動電路、靜力矩測試牽引電機、牽引電機驅(qū)動電路、靜力矩測試齒輪系、安裝于被測步進電機輸出軸上的光電編碼器、以及設置于步進電機驅(qū)動電路中的電流傳感器;所述靜力矩測試齒輪系包括兩個相互嚙合的齒輪,這兩個齒輪分別安裝于被測步進電機的輸出軸和靜力矩測試牽引電機的輸出軸上,靜力矩測試牽引電機通過靜力矩測試齒輪系向被測試電機施加測試力矩。
【專利說明】步進電機綜合自動化測試系統(tǒng)及其測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種步進電機性能參數(shù)的測試系統(tǒng)及其測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]步進電機是一種重要的驅(qū)動和執(zhí)行電機,廣泛應用于航空航天、武器裝備、工業(yè)控制和儀器設備等領(lǐng)域。步進電機測試系統(tǒng)是步進電機生產(chǎn)、質(zhì)量控制、交付驗收和整機調(diào)試等過程中必不可少的儀器設備,步進電機測試系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接影響到步進電機和整機的性能。
[0003]步進電機的測試項目主要包括步距角精度測試、靜力矩測試、最高工作頻率測試和工作電流測試。目前,傳統(tǒng)步進電機測試系統(tǒng)普遍存在功能單一、自動化程度低等缺陷,需要多種測試設備才能完成一臺步進電機或整機的測試工作,而且測試人員的工作量大,導致設備和人員成本較高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了解決【背景技術(shù)】中存在的上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供了一種能夠完成步進電機步距角精度、靜力矩、最高工作頻率和工作電流測試的綜合自動化測試系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的基本技術(shù)方案如下:
[0006]步進電機綜合自動化測試系統(tǒng),包括控制單元、數(shù)據(jù)處理和顯示單元、被測步進電機、步進電機驅(qū)動電路、靜力矩測試牽引電機、牽引電機驅(qū)動電路、靜力矩測試齒輪系、安裝于被測步進電機輸出軸上的光電編碼器、以及設置于步進電機驅(qū)動電路中的電流傳感器;所述靜力矩測試齒輪系包括兩個相互嚙合的齒輪,這兩個齒輪分別安裝于被測步進電機的輸出軸和靜力矩測試牽引電機的輸出軸上,靜力矩測試牽引電機通過靜力矩測試齒輪系向被測試電機施加測試力矩;控制單元的一個控制信號輸出端連接至步進電機驅(qū)動電路,另一個控制信號輸出端連接至牽引電機驅(qū)動電路,所述光電編碼器和電流傳感器的信號輸出端接至控制單元的數(shù)據(jù)采集輸入端,控制單元將采集得到的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理和顯示單
J Li ο
[0007]基于上述基本技術(shù)方案,本發(fā)明還進行了以下優(yōu)化限定和改進:
[0008]上述靜力矩測試牽引電機采用直流電機。
[0009]上述控制單元通過USB接口與數(shù)據(jù)處理和顯示單元連接。
[0010]上述控制單元采用DSP芯片TMS320LF2407A作為控制器。
[0011]上述光電編碼器采用增量式光電編碼器,其最大角度分辨率為0.04°。
[0012]上述電流傳感器采用霍爾電流傳感器,其線性測量范圍±4.5A,輸出電壓范圍±4V±0.8%,線性度±0.25%,響應時間小于Ius0
[0013]采用上述測試系統(tǒng),對步進電機的各項性能參數(shù)進行綜合自動化測試的方法,包括以下環(huán)節(jié):
[0014]I)步距角測試[0015]首先,控制單元讀取被測步進電機初始的角度數(shù)據(jù),然后控制被測步進電機運動一步并讀取此時被測步進電機的角度數(shù)據(jù),再將前、后兩個角度數(shù)據(jù)相減即得到該步的步距角;以此方式控制被測步進電機運動一周(運動理論上一周所需步數(shù)),并依次獲得相應各步的的步距角,最終即得到被測步進電機的全部步距角數(shù)據(jù),通過對步距角數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析即可得到步距角精度;
[0016]2)靜力矩測試
[0017]首先,控制單元向步進電機驅(qū)動電路發(fā)出控制信號,使被測步進電機單相繞組加電,被測步進電機處于靜態(tài)保持模式,此時被測步進電機輸出的力矩即為靜力矩;
[0018]控制單元向靜力矩測試牽引電機驅(qū)動電路發(fā)出控制信號,逐漸增加靜力矩測試牽引電機輸出的測試力矩,并連續(xù)讀取光電編碼器輸出的被測步進電機角度值,當檢測到角度值超出設定的臨界范圍,則表明被測步進電機已處于運動狀態(tài),測得被測步進電機的靜力矩就等于靜力矩測試牽引電機當前的測試力矩;
[0019]3)最高工作頻率測試
[0020]首先,控制單元向被測步進電機驅(qū)動電路發(fā)出控制信號,使被測步進電機連續(xù)旋轉(zhuǎn),在逐漸增加被測步進電機驅(qū)動頻率的過程中不斷檢測被測步進電機的角度數(shù)據(jù),當檢測到被測步進電機的旋轉(zhuǎn)角度小于預定值時就說明被測步進電機已處于失步狀態(tài),被測步進電機的最高工作頻率即為當前的驅(qū)動頻率;
[0021]4)工作電流測試
[0022]控制單元連續(xù)采集電流傳感器的輸出信號,即能夠?qū)崟r地測量步進電機的驅(qū)動電流。
[0023]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0024]1、綜合完成各個測試項目:本發(fā)明的測試系統(tǒng)能夠一體化地綜合完成步進電機的步距角精度、靜力矩、最高工作頻率和工作電流測試。
[0025]2、自動化程度高:能夠?qū)崿F(xiàn)自動進行步距角精度、靜力矩、最高工作頻率和工作電流的測試數(shù)據(jù)采集、測試數(shù)據(jù)分析、記錄和打印工作,無需人工干預。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的綜合自動化測試系統(tǒng)框圖。
[0027]圖2為本發(fā)明的步距角測試工作流程。
[0028]圖3為本發(fā)明的靜力矩測試工作原理。
[0029]圖4為本發(fā)明的最高工作頻率測試工作原理。
【具體實施方式】
[0030]如圖1所示,本發(fā)明的步進電機綜合自動化測試系統(tǒng),包括控制單元、數(shù)據(jù)處理和顯示單元、被測步進電機、步進電機驅(qū)動電路、靜力矩測試牽引電機、牽引電機驅(qū)動電路、靜力矩測試齒輪系、安裝于被測步進電機輸出軸上的光電編碼器、以及設置于步進電機驅(qū)動電路中的電流傳感器。其中,靜力矩測試齒輪系包括兩個相互嚙合的齒輪,這兩個齒輪分別安裝于被測步進電機的輸出軸和靜力矩測試牽引電機的輸出軸上,靜力矩測試牽引電機通過靜力矩測試齒輪系向被測試電機施加測試力矩。[0031]控制單元可采用DSP芯片TMS320LF2407A作為控制器。光電編碼器可采用增量式光電編碼器,其最大角度分辨率為0.04°。電流傳感器可采用霍爾電流傳感器,其線性測量范圍±4.5A,輸出電壓范圍±4V±0.8%,線性度±0.25%,響應時間小于lus。
[0032]控制單元的一個控制信號輸出端連接至步進電機驅(qū)動電路,另一個控制信號輸出端連接至牽引電機驅(qū)動電路,光電編碼器和霍爾電流傳感器的信號輸出端接至控制單元的數(shù)據(jù)采集輸入端;控制單元通過USB接口與數(shù)據(jù)處理和顯示單元連接,將采集得到的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理和顯示單元。
[0033]采用上述步進電機綜合自動化測試系統(tǒng),對步進電機的各項性能參數(shù)進行綜合自動化測試的方法,包括以下環(huán)節(jié):
[0034]a.步距角測試
[0035]首先,控制單元讀取被測步進電機運動之前的角度數(shù)據(jù),然后控制被測步進電機運動一步并讀取被測步進電機運動之后的角度數(shù)據(jù),再將被測步進電機運動前、后的角度數(shù)據(jù)相減即可得到當前的步距角,按上述方法控制被測步進電機運動一周即可得到被測步進電機的全部步距角數(shù)據(jù),通過對步距角數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析即可得到步距角精度。
[0036]b.靜力矩測試
[0037]首先,控制單元向步進電機驅(qū)動電路發(fā)出控制信號,使被測步進電機單相繞組加電,被測步進電機處于靜態(tài)保持模式,此時被測步進電機輸出的力矩即為靜力矩。
[0038]靜力矩測試牽引電機采用直流電機。控制單元向靜力矩測試牽引電機驅(qū)動電路發(fā)出控制信號,逐漸增加靜力矩測試牽引電機輸出的測試力矩,并連續(xù)讀取光電編碼器輸出的被測步進電機角度值,當檢測到角度值超出臨界范圍,則表明被測步進電機已處于運動狀態(tài),被測步進電機的靜力矩就等于靜力矩測試牽引電機當前的測試力矩。
[0039]通過減小靜力矩測試牽引電機輸出的測試力矩步進量并提高對被測步進電機角度數(shù)據(jù)的檢測頻率,能夠提高靜力矩的測試精度。
[0040]c.最高工作頻率測試
[0041]首先,控制單元向步進電機驅(qū)動電路發(fā)出控制信號,使被測步進電機連續(xù)旋轉(zhuǎn),在逐漸增加被測步進電機驅(qū)動頻率的過程中不斷檢測被測步進電機的角度數(shù)據(jù),當檢測到被測步進電機的旋轉(zhuǎn)角度小于預定值時就說明被測步進電機已處于失步狀態(tài),被測步進電機的最高工作頻率即為當前的驅(qū)動頻率。
[0042]通過減小被測步進電機的驅(qū)動頻率步進量并提高對被測步進電機角度數(shù)據(jù)的檢測頻率,能夠提高最高工作頻率的測試精度。
[0043]d.工作電流測試
[0044]控制單元連續(xù)采集霍爾電流傳感器的輸出信號,能夠?qū)崟r地測量步進電機的驅(qū)動電流。
[0045]在控制單元中設置測試任務列表,依次執(zhí)行可實現(xiàn)自動完成上述各項性能參數(shù)的全部測量。
【權(quán)利要求】
1.步進電機綜合自動化測試系統(tǒng),其特征在于:包括控制單元、數(shù)據(jù)處理和顯示單元、被測步進電機、步進電機驅(qū)動電路、靜力矩測試牽引電機、牽引電機驅(qū)動電路、靜力矩測試齒輪系、安裝于被測步進電機輸出軸上的光電編碼器、以及設置于步進電機驅(qū)動電路中的電流傳感器;所述靜力矩測試齒輪系包括兩個相互嚙合的齒輪,這兩個齒輪分別安裝于被測步進電機的輸出軸和靜力矩測試牽引電機的輸出軸上,靜力矩測試牽引電機通過靜力矩測試齒輪系向被測試電機施加測試力矩;控制單元的一個控制信號輸出端連接至步進電機驅(qū)動電路,另一個控制信號輸出端連接至牽引電機驅(qū)動電路,所述光電編碼器和電流傳感器的信號輸出端接至控制單元的數(shù)據(jù)采集輸入端,控制單元將采集得到的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理和顯示單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進電機綜合自動化測試系統(tǒng),其特征在于:所述靜力矩測試牽引電機采用直流電機。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進電機綜合自動化測試系統(tǒng),其特征在于:所述控制單元通過USB接口與數(shù)據(jù)處理和顯示單元連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進電機綜合自動化測試系統(tǒng),其特征在于:所述控制單元采用DSP芯片TMS320LF2407A作為控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進電機綜合自動化測試系統(tǒng),其特征在于:所述光電編碼器采用增量式光電編碼器,其最大角度分辨率為0.04°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的步進電機綜合自動化測試系統(tǒng),其特征在于:所述電流傳感器采用霍爾電流傳感器,其線性測量范圍±4.5A,輸出電壓范圍±4V±0.8%,線性度±0.25%,響應時間小于Ius0
7.采用權(quán)利要求1所述的測試系統(tǒng),對步進電機的各項性能參數(shù)進行綜合自動化測試的方法,包括以下環(huán)節(jié): 1)步距角測試 首先,控制單元讀取被測步進電機初始的角度數(shù)據(jù),然后控制被測步進電機運動一步并讀取此時被測步進電機的角度數(shù)據(jù),再將前、后兩個角度數(shù)據(jù)相減即得到該步的步距角;以此方式控制被測步進電機運動一周,并依次獲得相應各步的的步距角,最終即得到被測步進電機的全部步距角數(shù)據(jù),通過對步距角數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析即可得到步距角精度; 2)靜力矩測試 首先,控制單元向步進電機驅(qū)動電路發(fā)出控制信號,使被測步進電機單相繞組加電,被測步進電機處于靜態(tài)保持模式,此時被測步進電機輸出的力矩即為靜力矩; 控制單元向靜力矩測試牽引電機驅(qū)動電路發(fā)出控制信號,逐漸增加靜力矩測試牽引電機輸出的測試力矩,并連續(xù)讀取光電編碼器輸出的被測步進電機角度值,當檢測到角度值超出設定的臨界范圍,則表明被測步進電機已處于運動狀態(tài),測得被測步進電機的靜力矩就等于靜力矩測試牽引電機當前的測試力矩; 3)最高工作頻率測試 首先,控制單元向被測步進電機驅(qū)動電路發(fā)出控制信號,使被測步進電機連續(xù)旋轉(zhuǎn),在逐漸增加被測步進電機驅(qū)動頻率的過程中不斷檢測被測步進電機的角度數(shù)據(jù),當檢測到被測步進電機的旋轉(zhuǎn)角度小于預定值時就說明被測步進電機已處于失步狀態(tài),被測步進電機的最高工作頻率即為當前的驅(qū)動頻率;4)工作電流測試 控制單元連續(xù)采集電流傳感器的輸出信號,即能夠?qū)崟r地測量步進電機的驅(qū)動電流。
【文檔編號】G01R31/34GK103698701SQ201310738110
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】文延, 汶德勝, 邱躍洪, 陳智, 姚大雷, 江寶坦, 王宏 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所