CN103558546A - 一种步进电动机矩频特性的测试方法 - Google Patents

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周泰武
李文礼
彭应光
万文华
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Abstract

本发明涉及步进电动机技术领域，确切地说是一种步进电动机矩频特性的测试方法。所述方法包括：采用PLC为控制核心，PLC通过驱动器对步进电动机控制，PLC通过程控电流源调节输出电流使磁滞制动器对步进电动机自动加载；利用扭矩传感器对步进电动机的转速和转矩的自动采集，将采集的信号进行压/频转换发送给PLC进行数据处理，并将该数据发送给工控机；所述工程机收到该数据显示到组态软件，并将工控机中的数据发送给打印机进行打印。该方案能自动实现矩频特性测试过程、提升测试精度；用PLC作为控制系统的核心，响应速度快，控制性能，系统外设十分简单；采用工控机作为系统的数据处理和显示，测试界面功能强大，管理友好。

Description

一种步进电动机矩频特性的测试方法
技术领域
本发明涉及步进电动机技术领域，确切地说是一种步进电动机矩频特性的测试方法。
背景技术
步进电动机的矩频特性是决定其重要的负载能力的指标之一，在电机的生产、运行和科研过程中，需要对其进行必要的测试。目前常用的方法是利用测功机原理使用各种电子测量仪表，如数字转矩转速仪等，并结合单片机或DSP技术，功能比较完备。并通过广泛调研表明这种放大对试验过程中的读数同步、数据处理等问题，仍然不能自动实现矩频特性测试的要求。
随着微型计算机技术、自动控制技术以及各种测量仪表技术的提高，针对以往测试的问题，常采用发电机或者各种测功机等作为加载装置．这种加载方式一般不均匀，缺乏稳定性，对系统加载缺乏精度，测试的数据往往误差。我们需要一种基于PLC的步进电动机自动测试系统，该方案能自动实现矩频特性测试过程、提升测试精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述问题的不足，满足自动实现步进电动机矩频特性同步、提升测试精度、提供一种步进电动机矩频特性的测试方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种步进电动机矩频特性的测试方法，所述方法包括：
采用PLC为控制核心，PLC通过驱动器对步进电动机控制，PLC通过程控电流源调节输出电流使磁滞制动器对步进电动机自动加载；
利用扭矩传感器对步进电动机的转速和转矩的自动采集，将采集的信号进行压/频转换发送给PLC进行数据处理，并将该数据发送给工控机；
所述工程机收到该数据显示到组态软件，并将工控机中的数据发送给打印机进行打印。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，PLC通过驱动器对步进电动机控制，具体内容为：
所述PLC通过改变驱动器的脉冲信号和方向信号实现对步进电动机的转速、转向和位置的控制。
进一步，利用扭矩传感器对步进电动机的转速和转矩的自动采集，将采集的信号进行压/频转换发送给PLC进行数据处理，具体内容为：
所述传感器是在被测弹性轴上用应变胶贴上测扭专用应变片，并组成桥式电路，当弹性轴上存在扭应变时，应变电桥便能采集到弹性轴上的扭转电信号，然后经过扭矩传感器自身的放大电路放大采集到的应变电信号，再经过压／频转换可以将放大后的应变电信号转变成对应的频率信号，PLC对所述频率信号通过编程转换计算后得到实际测量值发送给工控机。
进一步，所述编程转换计算方法为：N为转速rot/min、f为实际测得的转速频率值kHz、Z为传感器齿数、本次测试中Z为60：
N＝60f/Z
TP为正向转矩、Tr为反向转矩、Tm为满量程转矩、fp为输出频率的正向满量程值kHz、fr为输出频率的反向满量程值、f0为转矩输出基频值，f为输出频率的实测转矩值、本测试中fp为15kHz，f0为10kHz、fr为5kHz：
T P = T m f - f 0 f p - f 0 , T r = T m f 0 - f f 0 - f r .
进一步，所述工控机中的数据包含测试的结果和曲线图。
进一步，所述PLC为西门子S7—200系列．所述扭矩传感器的转速和转矩两路频率信号以及程控电流源的控制输入信号可直接接人PLC的CPU模块，驱动器的控制输入接入PLC的位控模块．用以控制步进电机的转速、转向和位置。
采用上述进一步方案的有益效果是利用西门子公司专用的STEP7-Micro／Win V4.0编程软件编写梯形图。
进一步，所述磁滞制动器作为步进电动机测试的加载装置，型号为HB一203B，对应的所述程控电流源型号为CS-OX。它利用磁滞原理．通过控制输入的励磁电流，产生一定的扭矩，控制电流和输出扭矩有较好的线性关系，小电流可以控制输出较大的转矩。
采用上述进一步方案的有益效果是它能提供光滑、无级可调、与转速无关的转矩控制，具有稳定可靠、使用转速高、噪音小、使用寿命长、维护成本低等优点。
进一步，所述传感器选用Interface T7扭矩传感器，量程为5Nm，分辨率为0.1％。
采用上述进一步方案的有益效果是：扭矩传感器采用两组特殊环形旋转变压器将电源输入和应变信号输出进行无接触传递，成功解决了传统传感器的导电滑环和被测弹性轴接触引起的测试数据误差和磨损等问题。同时该传感器也可以实现旋转轴转速的测量。
进一步，所述工控机为华研工控机。
采用上述进一步方案的有益效果是：操作人员只需进行简单的电机启停等操作，便能立即获取测试结果。
本发明的有益效果是：采用上述方案，磁滞制动器作为稳定均匀的加载方式；用高精度的传感器作为系统重要参数转矩和转速的测量；用PLC作为控制系统的核心，响应速度快，控制性能，系统外设十分简单：采用工控机作为系统的数据处理和显示，测试界面功能强大，管理友好。通过对编程软件的修改就可以实现系统的更改和功能的扩展。
附图说明
图1为本发明原理框架图；
图2为步进电动机矩频特性测试数据图；
图3是步进电动机矩频特性测试曲线图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，一种步进电动机矩频特性的测试方法，所述方法包括：
采用PLC为控制核心，PLC通过驱动器对步进电动机控制，PLC通过程控电流源调节输出电流使磁滞制动器对步进电动机自动加载；
利用扭矩传感器对步进电动机的转速和转矩的自动采集，将采集的信号进行压/频转换发送给PLC进行数据处理，并将该数据发送给工控机；
所述工程机收到该数据显示到组态软件，并将工控机中的数据发送给打印机进行打印。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，PLC通过驱动器对步进电动机控制，具体内容为：所述PLC通过改变驱动器的脉冲信号和方向信号实现对步进电动机的转速、转向和位置的控制。
进一步，利用扭矩传感器对步进电动机的转速和转矩的自动采集，将采集的信号进行压/频转换发送给PLC进行数据处理，具体内容为：所述传感器是在被测弹性轴上用应变胶贴上测扭专用应变片，并组成桥式电路．当弹性轴上存在扭应变时，应变电桥便能采集到弹性轴上的扭转电信号，然后经过扭矩传感器自身的放大电路放大采集到的应变电信号，再经过压／频转换可以将放大后的应变电信号转变成对应的频率信号，PLC对所述频率信号通过编程转换计算后得到实际测量值发送给工控机。
进一步，所述工控机中的数据包含测试的结果和曲线图。进一步，所述编程转换计算方法为：N为转速rot/min、f为实际测得的转速频率值kHz、Z为传感器齿数、本次测试中Z为60：
N＝60f/Z
TP为正向转矩、Tr为反向转矩、Tm为满量程转矩、fp为输出频率的正向满量程值kHz、fr为输出频率的反向满量程值、f0为转矩输出基频值，f为输出频率的实测转矩值、本测试中fp为15kHz，f0为10kHz、fr为5kHz：
T P = T m f - f 0 f p - f 0 , T r = T m f 0 - f f 0 - f r .
进一步，所述PLC为西门子S7—200系列．所述扭矩传感器的转速和转矩两路频率信号以及程控电流源的控制输入信号可直接接人PLC的CPU模块，驱动器的控制输入接入PLC的位控模块．用以控制步进电机的转速、转向和位置。
利用西门子公司专用的STEP7-Micro／Win V4.0编程软件编写梯形图。
进一步，所述磁滞制动器作为步进电动机测试的加载装置，型号为HB一203B，对应的所述程控电流源型号为CS-OX。它利用磁滞原理．通过控制输入的励磁电流，产生一定的扭矩，控制电流和输出扭矩有较好的线性关系，小电流可以控制输出较大的转矩。
它能提供光滑、无级可调、与转速无关的转矩控制，具有稳定可靠、使用转速高、噪音小、使用寿命长、维护成本低等优点。
进一步，所述传感器选用Interface T7扭矩传感器，量程为5Nm，分辨率为0.1％。
采用上述进一步方案的有益效果是：扭矩传感器采用两组特殊环形旋转变压器将电源输入和应变信号输出进行无接触传递，成功解决了传统传感器的导电滑环和被测弹性轴接触引起的测试数据误差和磨损等问题。同时该传感器也可以实现旋转轴转速的测量。
进一步，所述工控机为华研工控机。操作人员只需进行简单的电机启停等操作，便能立即获取测试结果。
图2为步进电动机测试数据图。
图3是步进电动机矩频特性测试曲线图。
实施例如下：
设定步进电动机测试实验的最低转速25rot/min,逐渐缓慢均匀增加负载，当电机出现明显失步是，记录此时最大输出转矩T1，撤销负载；
将步进电动机的转速增加到60rot/min，同样逐渐增加负载直到电机明显失步时，记录此时的最大输出转矩T2；
依照上述方法将步进电动机的转速每次递增60rot/min最大至1000rot/min，逐次记录最大输出扭矩，撤销负载。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种步进电动机矩频特性的测试方法，其特征在于，所述方法包括：
采用PLC为控制核心，PLC通过驱动器对步进电动机控制，PLC通过程控电流源调节输出电流使磁滞制动器对步进电动机自动加载；
利用扭矩传感器对步进电动机的转速和转矩的自动采集，将采集的信号进行压/频转换发送给PLC进行数据处理，并将该数据发送给工控机；
所述工程机收到该数据显示到组态软件，并将工控机中的数据发送给打印机进行打印。
2.根据权利要求1所述的一种步进电动机矩频特性的测试方法，其特征在于，PLC通过驱动器对步进电动机控制，具体内容为：
所述PLC通过改变驱动器的脉冲信号和方向信号实现对步进电动机的转速、转向和位置的控制。
3.根据权利要求1所述的一种步进电动机矩频特性的测试方法，其特征在于，利用扭矩传感器对步进电动机的转速和转矩的自动采集，将采集的信号进行压/频转换发送给PLC进行数据处理，具体内容为：
所述传感器是在被测弹性轴上用应变胶贴上测扭专用应变片，并组成桥式电路，当弹性轴上存在扭应变时，应变电桥便能采集到弹性轴上的扭转电信号，然后经过扭矩传感器自身的放大电路放大采集到的应变电信号，再经过压／频转换可以将放大后的应变电信号转变成对应的频率信号，PLC对所述频率信号通过编程转换计算后得到实际测量值发送给工控机。
4.根据权利要求3所述的一种步进电动机矩频特性的测试方法，其特征在于，所述编程转换计算方法为：N为转速rot/min、f为实际测得的转速频率值kHz、Z为传感器齿数、本次测试中Z为60：
N＝60f/Z
TP为正向转矩、Tr为反向转矩、Tm为满量程转矩、fp为输出频率的正向满量程值kHz、fr为输出频率的反向满量程值、f0为转矩输出基频值，f为输出频率的实测转矩值、本测试中fp为15kHz，f0为10kHz、fr为5kHz：
T P = T m f - f 0 f p - f 0 , T r = T m f 0 - f f 0 - f r .
5.根据权利要求1所述的一种步进电动机矩频特性的测试方法，其特征在于，所述工控机中的数据包含测试的结果和曲线图。
6.根据权利要求1所述的一种步进电动机矩频特性的测试方法，其特征在于，所述PLC为西门子S7—200系列。
7.根据权利要求1所述的一种步进电动机矩频特性的测试方法，其特征在于，所述磁滞制动器作为步进电动机测试的加载装置，型号为HB一203B，对应的所述程控电流源型号为CS-OX。
8.根据权利要求1所述的一种步进电动机矩频特性的测试方法，其特征在于，所述传感器选用Interface T7扭矩传感器，量程为5Nm，分辨率为0.1％。
9.根据权利要求1所述的一种步进电动机矩频特性的测试方法，其特征在于，所述工控机为华研工控机。
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