CN103698701A - 步进电机综合自动化测试系统及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能够完成步进电机步距角精度、静力矩、最高工作频率和工作电流测试的综合自动化测试系统。该步进电机综合自动化测试系统，包括控制单元、数据处理和显示单元、被测步进电机、步进电机驱动电路、静力矩测试牵引电机、牵引电机驱动电路、静力矩测试齿轮系、安装于被测步进电机输出轴上的光电编码器、以及设置于步进电机驱动电路中的电流传感器；所述静力矩测试齿轮系包括两个相互啮合的齿轮，这两个齿轮分别安装于被测步进电机的输出轴和静力矩测试牵引电机的输出轴上，静力矩测试牵引电机通过静力矩测试齿轮系向被测试电机施加测试力矩。

Description

步进电机综合自动化测试系统及其测试方法

技术领域

本发明涉及一种步进电机性能参数的测试系统及其测试方法。

背景技术

步进电机是一种重要的驱动和执行电机，广泛应用于航空航天、武器装备、工业控制和仪器设备等领域。步进电机测试系统是步进电机生产、质量控制、交付验收和整机调试等过程中必不可少的仪器设备，步进电机测试系统性能的优劣直接影响到步进电机和整机的性能。

步进电机的测试项目主要包括步距角精度测试、静力矩测试、最高工作频率测试和工作电流测试。目前，传统步进电机测试系统普遍存在功能单一、自动化程度低等缺陷，需要多种测试设备才能完成一台步进电机或整机的测试工作，而且测试人员的工作量大，导致设备和人员成本较高。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种能够完成步进电机步距角精度、静力矩、最高工作频率和工作电流测试的综合自动化测试系统。

本发明的基本技术方案如下：

步进电机综合自动化测试系统，包括控制单元、数据处理和显示单元、被测步进电机、步进电机驱动电路、静力矩测试牵引电机、牵引电机驱动电路、静力矩测试齿轮系、安装于被测步进电机输出轴上的光电编码器、以及设置于步进电机驱动电路中的电流传感器；所述静力矩测试齿轮系包括两个相互啮合的齿轮，这两个齿轮分别安装于被测步进电机的输出轴和静力矩测试牵引电机的输出轴上，静力矩测试牵引电机通过静力矩测试齿轮系向被测试电机施加测试力矩；控制单元的一个控制信号输出端连接至步进电机驱动电路，另一个控制信号输出端连接至牵引电机驱动电路，所述光电编码器和电流传感器的信号输出端接至控制单元的数据采集输入端，控制单元将采集得到的数据发送至数据处理和显示单元。

基于上述基本技术方案，本发明还进行了以下优化限定和改进：

上述静力矩测试牵引电机采用直流电机。

上述控制单元通过USB接口与数据处理和显示单元连接。

上述控制单元采用DSP芯片TMS320LF2407A作为控制器。

上述光电编码器采用增量式光电编码器，其最大角度分辨率为0.04°。

上述电流传感器采用霍尔电流传感器，其线性测量范围±4.5A，输出电压范围±4V±0.8%，线性度±0.25%，响应时间小于1us。

采用上述测试系统，对步进电机的各项性能参数进行综合自动化测试的方法，包括以下环节：

1）步距角测试

首先，控制单元读取被测步进电机初始的角度数据，然后控制被测步进电机运动一步并读取此时被测步进电机的角度数据，再将前、后两个角度数据相减即得到该步的步距角；以此方式控制被测步进电机运动一周（运动理论上一周所需步数），并依次获得相应各步的的步距角，最终即得到被测步进电机的全部步距角数据，通过对步距角数据进行统计分析即可得到步距角精度；

2）静力矩测试

首先，控制单元向步进电机驱动电路发出控制信号，使被测步进电机单相绕组加电，被测步进电机处于静态保持模式，此时被测步进电机输出的力矩即为静力矩；

控制单元向静力矩测试牵引电机驱动电路发出控制信号，逐渐增加静力矩测试牵引电机输出的测试力矩，并连续读取光电编码器输出的被测步进电机角度值，当检测到角度值超出设定的临界范围，则表明被测步进电机已处于运动状态，测得被测步进电机的静力矩就等于静力矩测试牵引电机当前的测试力矩；

3）最高工作频率测试

首先，控制单元向被测步进电机驱动电路发出控制信号，使被测步进电机连续旋转，在逐渐增加被测步进电机驱动频率的过程中不断检测被测步进电机的角度数据，当检测到被测步进电机的旋转角度小于预定值时就说明被测步进电机已处于失步状态，被测步进电机的最高工作频率即为当前的驱动频率；

4）工作电流测试

控制单元连续采集电流传感器的输出信号，即能够实时地测量步进电机的驱动电流。

本发明具有以下优点：

1、综合完成各个测试项目：本发明的测试系统能够一体化地综合完成步进电机的步距角精度、静力矩、最高工作频率和工作电流测试。

2、自动化程度高：能够实现自动进行步距角精度、静力矩、最高工作频率和工作电流的测试数据采集、测试数据分析、记录和打印工作，无需人工干预。

附图说明

图1为本发明的综合自动化测试系统框图。

图2为本发明的步距角测试工作流程。

图3为本发明的静力矩测试工作原理。

图4为本发明的最高工作频率测试工作原理。

具体实施方式

如图1所示，本发明的步进电机综合自动化测试系统，包括控制单元、数据处理和显示单元、被测步进电机、步进电机驱动电路、静力矩测试牵引电机、牵引电机驱动电路、静力矩测试齿轮系、安装于被测步进电机输出轴上的光电编码器、以及设置于步进电机驱动电路中的电流传感器。其中，静力矩测试齿轮系包括两个相互啮合的齿轮，这两个齿轮分别安装于被测步进电机的输出轴和静力矩测试牵引电机的输出轴上，静力矩测试牵引电机通过静力矩测试齿轮系向被测试电机施加测试力矩。

控制单元可采用DSP芯片TMS320LF2407A作为控制器。光电编码器可采用增量式光电编码器，其最大角度分辨率为0.04°。电流传感器可采用霍尔电流传感器，其线性测量范围±4.5A，输出电压范围±4V±0.8%，线性度±0.25%，响应时间小于1us。

控制单元的一个控制信号输出端连接至步进电机驱动电路，另一个控制信号输出端连接至牵引电机驱动电路，光电编码器和霍尔电流传感器的信号输出端接至控制单元的数据采集输入端；控制单元通过USB接口与数据处理和显示单元连接，将采集得到的数据发送至数据处理和显示单元。

采用上述步进电机综合自动化测试系统，对步进电机的各项性能参数进行综合自动化测试的方法，包括以下环节：

a.步距角测试

首先，控制单元读取被测步进电机运动之前的角度数据，然后控制被测步进电机运动一步并读取被测步进电机运动之后的角度数据，再将被测步进电机运动前、后的角度数据相减即可得到当前的步距角，按上述方法控制被测步进电机运动一周即可得到被测步进电机的全部步距角数据，通过对步距角数据进行统计分析即可得到步距角精度。

b.静力矩测试

首先，控制单元向步进电机驱动电路发出控制信号，使被测步进电机单相绕组加电，被测步进电机处于静态保持模式，此时被测步进电机输出的力矩即为静力矩。

静力矩测试牵引电机采用直流电机。控制单元向静力矩测试牵引电机驱动电路发出控制信号，逐渐增加静力矩测试牵引电机输出的测试力矩，并连续读取光电编码器输出的被测步进电机角度值，当检测到角度值超出临界范围，则表明被测步进电机已处于运动状态，被测步进电机的静力矩就等于静力矩测试牵引电机当前的测试力矩。

通过减小静力矩测试牵引电机输出的测试力矩步进量并提高对被测步进电机角度数据的检测频率，能够提高静力矩的测试精度。

c.最高工作频率测试

首先，控制单元向步进电机驱动电路发出控制信号，使被测步进电机连续旋转，在逐渐增加被测步进电机驱动频率的过程中不断检测被测步进电机的角度数据，当检测到被测步进电机的旋转角度小于预定值时就说明被测步进电机已处于失步状态，被测步进电机的最高工作频率即为当前的驱动频率。

通过减小被测步进电机的驱动频率步进量并提高对被测步进电机角度数据的检测频率，能够提高最高工作频率的测试精度。

d.工作电流测试

控制单元连续采集霍尔电流传感器的输出信号，能够实时地测量步进电机的驱动电流。

在控制单元中设置测试任务列表，依次执行可实现自动完成上述各项性能参数的全部测量。

Claims (7)

1.步进电机综合自动化测试系统，其特征在于：包括控制单元、数据处理和显示单元、被测步进电机、步进电机驱动电路、静力矩测试牵引电机、牵引电机驱动电路、静力矩测试齿轮系、安装于被测步进电机输出轴上的光电编码器、以及设置于步进电机驱动电路中的电流传感器；所述静力矩测试齿轮系包括两个相互啮合的齿轮，这两个齿轮分别安装于被测步进电机的输出轴和静力矩测试牵引电机的输出轴上，静力矩测试牵引电机通过静力矩测试齿轮系向被测试电机施加测试力矩；控制单元的一个控制信号输出端连接至步进电机驱动电路，另一个控制信号输出端连接至牵引电机驱动电路，所述光电编码器和电流传感器的信号输出端接至控制单元的数据采集输入端，控制单元将采集得到的数据发送至数据处理和显示单元。

2.根据权利要求1所述的步进电机综合自动化测试系统，其特征在于：所述静力矩测试牵引电机采用直流电机。

3.根据权利要求1所述的步进电机综合自动化测试系统，其特征在于：所述控制单元通过USB接口与数据处理和显示单元连接。

4.根据权利要求1所述的步进电机综合自动化测试系统，其特征在于：所述控制单元采用DSP芯片TMS320LF2407A作为控制器。

5.根据权利要求1所述的步进电机综合自动化测试系统，其特征在于：所述光电编码器采用增量式光电编码器，其最大角度分辨率为0.04°。

6.根据权利要求1所述的步进电机综合自动化测试系统，其特征在于：所述电流传感器采用霍尔电流传感器，其线性测量范围±4.5A，输出电压范围±4V±0.8%，线性度±0.25%，响应时间小于1us。

7.采用权利要求1所述的测试系统，对步进电机的各项性能参数进行综合自动化测试的方法，包括以下环节：

1）步距角测试

首先，控制单元读取被测步进电机初始的角度数据，然后控制被测步进电机运动一步并读取此时被测步进电机的角度数据，再将前、后两个角度数据相减即得到该步的步距角；以此方式控制被测步进电机运动一周，并依次获得相应各步的的步距角，最终即得到被测步进电机的全部步距角数据，通过对步距角数据进行统计分析即可得到步距角精度；

2）静力矩测试

首先，控制单元向步进电机驱动电路发出控制信号，使被测步进电机单相绕组加电，被测步进电机处于静态保持模式，此时被测步进电机输出的力矩即为静力矩；

控制单元向静力矩测试牵引电机驱动电路发出控制信号，逐渐增加静力矩测试牵引电机输出的测试力矩，并连续读取光电编码器输出的被测步进电机角度值，当检测到角度值超出设定的临界范围，则表明被测步进电机已处于运动状态，测得被测步进电机的静力矩就等于静力矩测试牵引电机当前的测试力矩；

3）最高工作频率测试

首先，控制单元向被测步进电机驱动电路发出控制信号，使被测步进电机连续旋转，在逐渐增加被测步进电机驱动频率的过程中不断检测被测步进电机的角度数据，当检测到被测步进电机的旋转角度小于预定值时就说明被测步进电机已处于失步状态，被测步进电机的最高工作频率即为当前的驱动频率；

4）工作电流测试

控制单元连续采集电流传感器的输出信号，即能够实时地测量步进电机的驱动电流。

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