CN103760490B - 步进电机驱动器加速与减速性能测试装置及方法 - Google Patents

步进电机驱动器加速与减速性能测试装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种步进电机驱动器加速与减速性能测试装置及方法，属于步进电机驱动器性能测试技术领域。本发明通过设计由机箱和控制板组成的测试装置及相应的测试方法，实现了对步进电机驱动器加速与减速性能进行定量测试，该装置结构简单，操作方便，该方法测试花费时间短，测试效率高。

Description

步进电机驱动器加速与减速性能测试装置及方法
技术领域
本发明涉及步进电机驱动器性能测试技术领域，具体涉及一种步进电机驱动器加速与减速性能测试装置及方法。
背景技术
步进电机是一种将电脉冲信号转变为机械角位移或线位移的执行元件。步进电机驱动器主要功能是将接收到的脉冲信号按照一定顺序和分配方式分配给步进电机各相绕组，使其按照要求的时间和顺序通、断电，从而实现对步进电机的调速、启停以及正反转控制等。步进电机和步进电机驱动器构成步进电机驱动系统。步进电机驱动系统的性能，不但取决于步进电机自身的性能，也取决于步进电机驱动器的优劣。
目前，随着计算机微电子和计算机技术的发展，步进电机驱动系统在军事装备、工业控制系统以及家用电器等领域得到广泛应用，伴随着出现了各种测试步进电机驱动系统性能的方法和装置等。从公开文献来看，目前没有对步进电机驱动器加速、减速性能定量进行测试的装置及方法，常用的测试装置及方法为只关注让步进电机到达期望的目标转速，对步进电机加速过程不进行具体测试，所以这些装置及方法不能满足测试步进电机驱动器加速、减速性能的需要。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种能够对步进电机驱动器加速与减速性能进行定量测试的装置及方法。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种步进电机驱动器加速与减速性能测试装置，包括机箱和控制板，所述机箱的后面板安装有26V直流电源输入接口以及与被测设备步进电机驱动器的连接接口；机箱的前面板安装有步进电机与若干乒乓开关，所述乒乓开关包括步进电机启动控制开关、步进电机方向控制开关、用于设置步进电机测试速度的开关以及用于设置步进电机测试加速度的开关；所述控制板位于机箱内，用于根据所述前面板的乒乓开关设置状态，输出步进电机方向信号和相应频率信号通过与被测设备步进电机驱动器的连接接口输出给被测设备步进电机驱动器；还通过所述与被测设备步进电机驱动器的连接接口将被测设备步进电机驱动器输出的三相信号传输给所述步进电机，以驱动所述步进电机转动进行测试。
优选地，所述若干乒乓开关为10个，所述控制板的控制电路包括DSP电路、信号隔离电路和DC/DC电路；
所述DSP电路选用TMS320F28335DSP芯片作为数据处理器，DSP电路通过I/O接口采集前面板的10个乒乓开关信号，然后进行运算控制处理，输出控制步进电机方向的I/O信号和控制步进电机转速的占空比为50%的PWM信号，这两信号为3.3V数字信号；
信号隔离电路选用HCPL-063N光藕，供电电压5V，该信号隔离电路用于把DSP电路输出的3.3V数字信号转为被测设备步进电机驱动器所需要的5V数字信号，同时实现DSP电路与步进电机驱动器之间的隔离；
DC/DC电路选用LD5A24S5J和LD30CB5D3V3/1V9J电源模块，其中LD5A24S5J将26V转为5V，LD30CB5D3V3/1V9J将5V转为3.3V和1.9V，DSP电路使用3.3V和1.9V，信号隔离电路使用5V，被测设备步进电机驱动器使用26V和5V。
优选地，10个乒乓开关分别为：第一开关6a、第二开关6b、第三开关6c、第四开关6d、第五开关6e、第六开关6f、第七开关6g、第八开关6h、第九开关6i、第十开关6j，这10个乒乓开关全部为两位开关；第一开关6a用于设置步进电机的启动和停止两种状态；第六开关6f用于设置步进电机顺时针和逆时针两个转动方向；
第二开关6b、第三开关6c、第四开关6d、第五开关6e这4个乒乓开关用于组合设置16档不同的步进电机测试速度；
第七开关6g、第八开关6h、第九开关6i、第十开关6j这4个乒乓开关用于组合设置16档不同的步进电机测试加速度。
本发明提供了一种利用所述的装置进行步进电机驱动器加速与减速性能测试的方法，包括以下步骤：先连接被测设备步进电机驱动器和26V直流电源，然后顺序进行如下操作：①通过第二开关6b、第三开关6c、第四开关6d、第五开关6e设置步进电机测试速度；②通过第七开关6g、第八开关6h、第九开关6i、第十开关6j设置步进电机测试加速度；③通过第六开关6f设置步进电机方向；④打开第一开关6a控制步进电机启动，看步进电机是否能按设置好的加速度不堵转运转到测试速度，对步进电机驱动器加速性能进行测试；⑤关闭第一开关6a，看步进电机是否能按设置好的加速度不堵转停止运转，对步进电机驱动器减速性能进行测试。
（三）有益效果
本发明通过设计由机箱和控制板组成的测试装置及相应的测试方法，实现了对步进电机驱动器加速与减速性能进行定量测试，该装置结构简单，操作方便，该方法测试花费时间短，测试效率高。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图；
图2本发明的装置中机箱的前面板结构图。
其中：1-机箱，2-控制板，3-前面板，4-后面板，5-被测设备，6a-第一开关，6b-第二开关，6c-第三开关，6d-第四开关，6e-第五开关，6f-第六开关，6g-第七开关，6h-第八开关，6i-第九开关，6j-第十开关，7-步进电机安装孔，8-步进电机轴安装孔，9-电机轴，10-第一接口，11-第二接口。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如附图1所示，本发明的步进电机驱动器加速与减速性能测试装置包括：机箱1和控制板2，控制板2置于机箱1内，被测设备5为步进电机驱动器。机箱1可采用铝型材机箱。图1中虚线所示部件不属于本发明装置的一部分。
机箱1的前面板3示意图如附图2所示，包括1个步进电机（未示出）、10个乒乓开关。本实施例中的步进电机选用三相混合式步进电机，步距角0.36度，1000步/转，额定力矩0.45Nm，最高启动速度6.3转/秒，最高转速3600转/分。步进电机输出轴9垂直于前面板3安装在机箱前面板一侧，其中标号8为前面板的步进电机轴安装孔8，标号9表示电机轴，电机轴9可以从该安装孔8伸出；中心小圆表示电机轴9；四周设有4个步进电机安装固定孔7，用于把步进电机固定在前面板3。
机箱1的后面板4设置了两个电气接口，其中第一接口10为圆形电连接器，是26V直流电源输入接口，通过外部电源输入26V直流电给控制板2；第二接口11为圆形电连接器，是与步进电机驱动器的连接接口，通过第二接口11将控制板2的26V直流电、5V直流电、步进电机频率以及方向信号，输出到被测设备步进电机驱动器5，同时可通过该第二接口11将步进电机驱动器5输出的三相信号传给机箱1前面板3的步进电机，驱动步进电机转动进行测试。
控制板2能够根据前面板的开关设置状态，输出步进电机方向信号和相应频率脉冲信号给被测设备步进电机驱动器，它的控制电路包括DSP电路、信号隔离电路、DC/DC电路。
DSP电路选用TMS320F28335DSP芯片作为数据处理器，该DSP具有高达150MIPS的主频，支持32位浮点运算，具有ePWM脉宽调制模块，具有多路通用I/O接口。DSP电路通过I/O接口采集前面板3的10个乒乓开关信号，然后进行运算控制处理，输出控制步进电机方向的I/O信号和控制步进电机转速的占空比为50%的PWM信号，这两信号为3.3V数字信号。
信号隔离电路选用HCPL-063N光藕，供电电压5V，光藕输入端串联1个330欧电阻，光藕输出端接1个560欧的上拉电阻，该电路用于把DSP电路输出的3.3V数字信号转为被测设备步进电机驱动器5所需要的5V数字信号，同时实现了DSP电路与步进电机驱动器5之间的隔离。
DC/DC电路选用LD5A24S5J和LD30CB5D3V3/1V9J电源模块，其中LD5A24S5J将26V转为5V，LD30CB5D3V3/1V9J将5V转为3.3V和1.9V，DSP电路使用3.3V和1.9V，信号隔离电路使用5V，被测设备步进电机驱动器5使用26V和5V。
10个乒乓开关分别为：第一开关6a、第二开关6b、第三开关6c、第四开关6d、第五开关6e、第六开关6f第七开关6g、第八开关6h、第九开关6i、第十开关6j，这些乒乓开关全部为两位开关，开关下扳为关闭，开关上扳为打开。第一开关6a设置步进电机启动和停止两种状态，该开关打开时步进电机启动，关闭时步进电机停止。第六开关6f设置步进电机顺时针和逆时针两个转动方向，该开关打开时步进电机顺时针方向转动，关闭时步进电机逆时针方向转动，顺时针和逆时针都是针对正视前面板而言。
第二开关6b、第三开关6c、第四开关6d、第五开关6e这4个乒乓开关用于组合设置16档不同的步进电机测试速度，具体来说就是本发明提供的装置给被测设备步进电机驱动器5输出16个不同频率的占空比为50%的PWM信号，频率值分别为200Hz、500Hz、1KHz、2KHz、4KHz、6KHz、8KHz、10KHz、15KHz、20KHz、25KHz、30KHz、35KHz、40KHz、45KHz、50KHz，步进电机测试速度与第二开关6b、第三开关6c、第四开关6d、第五开关6e组合的对应关系详见表1。表1中的“开”表示开关处于打开状态，“关”表示开关处于关闭状态。
由于步进电机为1000步/转，测试时步进电机驱动器不进行细分，所以步进电机实际转速为X/1000（转/秒），X表示单位为Hz的测试速度，例如测试速度为2KHz，则X=2000，X/1000=2，步进电机实际转速就为2转/秒。
表1
第七开关6g、第八开关6h、第九开关6i、第十开关6j这4个乒乓开关用于组合设置16档不同的步进电机测试加速度，加速度值分别为0.5KHz/S、1KHz/S、2KHz/S、4KHz/S、6KHz/S、8KHz/S、10KHz/S、20KHz/S、30KHz/S、40KHz/S、50KHz/S、60KHz/S、70KHz/S、80KHz/S、90KHz/S、100KHz/S，步进电机测试加速度与第七开关6g、第八开关6h、第九开关6i、第十开关6j开关组合的对应关系详见表2。表2中的“开”表示开关处于打开状态，“关”表示开关处于关闭状态。
表2
本发明在测试步进电机驱动器加速、减速性能时，首先通过第二开关6b、第三开关6c、第四开关6d、第五开关6e设置步进电机测试速度，接着通过第七开关6g、第八开关6h、第九开关6i、第十开关6j设置步进电机测试加速度，再通过第六开关6f设置步进电机方向，然后打开第一开关6a启动加速测试，本发明提供的装置给被测设备步进电机驱动器输出PWM信号，频率从10Hz开始启动，按照设置好的测试加速度匀加速逐渐升高频率，频率升到设置好的测试速度后保持该频率，看步进电机是否能不堵转运转到测试速度，接着关闭第一开关6a开始减速测试，频率从刚才的保持频率开始，按照设置好的测试加速度匀减速逐渐降低频率，直到频率为0，看步进电机是否不堵转停止运转。
可以根据实际测试需要，多次重复上述测试步骤，通过设置16档不同的步进电机测试速度和16档不同的步进电机测试加速度，以及对步进电机转动方向、启动和停止控制，实现对步进电机驱动器顺时针、逆时针两方向16种测试速度下的加速、减速性能定量测试。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种利用步进电机驱动器加速与减速性能测试装置进行步进电机驱动器加速与减速性能测试的方法，其特征在于，
所述装置包括机箱和控制板，所述机箱的后面板安装有26V直流电源输入接口以及与被测设备步进电机驱动器的连接接口；机箱的前面板安装有步进电机与若干乒乓开关，所述乒乓开关包括步进电机启动控制开关、步进电机方向控制开关、用于设置步进电机测试速度的开关以及用于设置步进电机测试加速度的开关；所述控制板位于机箱内，用于根据所述前面板的乒乓开关设置状态，输出步进电机方向信号和相应频率信号通过与被测设备步进电机驱动器的连接接口输出给被测设备步进电机驱动器；还通过所述与被测设备步进电机驱动器的连接接口将被测设备步进电机驱动器输出的三相信号传输给所述步进电机，以驱动所述步进电机转动进行测试；
所述若干乒乓开关为10个，所述控制板的控制电路包括DSP电路、信号隔离电路和DC/DC电路；所述DSP电路选用TMS320F28335DSP芯片作为数据处理器，DSP电路通过I/O接口采集前面板的10个乒乓开关信号，然后进行运算控制处理，输出控制步进电机方向的I/O信号和控制步进电机转速的占空比为50％的PWM信号，这两信号为3.3V数字信号；信号隔离电路选用HCPL-063N光藕，供电电压5V，该信号隔离电路用于把DSP电路输出的3.3V数字信号转为被测设备步进电机驱动器所需要的5V数字信号，同时实现DSP电路与步进电机驱动器之间的隔离；DC/DC电路选用LD5A24S5J和LD30CB5D3V3/1V9J电源模块，其中LD5A24S5J将26V转为5V，LD30CB5D3V3/1V9J将5V转为3.3V和1.9V，DSP电路使用3.3V和1.9V，信号隔离电路使用5V，被测设备步进电机驱动器使用26V和5V；
第一开关(6a)、第二开关(6b)、第三开关(6c)、第四开关(6d)、第五开关(6e)、第六开关(6f)、第七开关(6g)、第八开关(6h)、第九开关(6i)和第十开关(6j)，这10个乒乓开关全部为两位开关；第一开关(6a)用于设置步进电机的启动和停止两种状态；第六开关(6f)用于设置步进电机顺时针和逆时针两个转动方向；第二开关(6b)、第三开关(6c)、第四开关(6d)、第五开关(6e)这4个乒乓开关用于组合设置16档不同的步进电机测试速度；第七开关(6g)、第八开关(6h)、第九开关(6i)、第十开关(6j)这4个乒乓开关用于组合设置16档不同的步进电机测试加速度；
所述方法包括以下步骤：
先连接被测设备步进电机驱动器和26V直流电源，然后顺序进行如下操作：①通过所述第二开关(6b)、第三开关(6c)、第四开关(6d)、第五开关(6e)设置步进电机测试速度；②通过所述第七开关(6g)、第八开关(6h)、第九开关(6i)和第十开关(6j)设置步进电机测试加速度；③通过所述第六开关(6f)设置步进电机方向；④打开所述第一开关(6a)控制步进电机启动，看步进电机是否能按设置好的加速度不堵转运转到测试速度，对步进电机驱动器加速性能进行测试；⑤关闭所述第一开关(6a)，看步进电机是否能按设置好的加速度不堵转停止运转，对步进电机驱动器减速性能进行测试。
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