CN103869803B - 一种可程控伺服回路测试系统 - Google Patents

Abstract

一种可程控伺服回路测试系统，包括第一信号源、第二信号源、直流电源、交流电源、动态响应分析仪、DSP数据采集系统、上位机和电连接器。测试系统通过电连接器连接所述可程控伺服回路，第一信号源模拟所述待测可程控伺服回路的输入微动同步传感器激磁与微动同步传感器输出；第二信号源模拟所述待测可程控伺服回路的执行机构无刷电机三相位置信号输出。DSP数据采集系统采集伺服回路的监测点信息与控制结果，动态响应分析仪提供动态特性测试结果，上位机将上述信息显示出来。本发明测试系统具有集成度高、体积小，操作简单、数据处理与分析能力强等优点，可以提高产品测试效率和测试可靠性。

Description

一种可程控伺服回路测试系统

技术领域

本发明涉及一种可程控伺服回路测试系统，用于加速度计、转台等测控系统伺服回路的测试，可实现程序监测与控制。

背景技术

伺服回路分为位置控制伺服回路、速度控制伺服回路，广泛应用于各种仪表、转台位置、速度测试等测控领域。传统伺服回路测试系统采用多种通用仪器观测各点电压电流信号，测试人员通过手工操作给伺服回路输入不同的信号，并手工记录各点的数值。因为伺服回路测试操作程序复杂，输入信号较多，由测试人员接线错误、电源加电顺序错误等操作失误导致的事故时有发生。同时采用手工记录测试数据，存在记录错误的风险，当测试数据量很大时不易数据文件的管理。因此传统的伺服回路测试系统存在测试系统体积大、结构复杂、测试依赖手工操作、产品测试效率低，数据分析与处理难度大的问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种可程控伺服回路测试系统。

本发明的技术解决方案是：

一种可程控伺服回路测试系统，包括第一信号源、第二信号源、直流电源、交流电源、动态响应分析仪、DSP数据采集系统、上位机和电连接器；

所述测试系统通过电连接器连接所述可程控伺服回路，第一信号源模拟所述待测可程控伺服回路的输入微动同步传感器激磁与微动同步传感器输出；第二信号源模拟所述待测可程控伺服回路的执行机构无刷电机三相位置信号输出；

DSP数据采集系统包括控制DSP和监测DSP，监测DSP通过监测总线采集所述待测可程控伺服回路的监测点信息，所述监测点信息包括状态量与模拟量，再通过全双工RS485/422总线将采集到的监测点信息上传到上位机；控制DSP通过控制总线实现对所述待测可程控伺服回路的通断控制，并将控制结果通过全双工RS485/422总线上传到上位机；

直流电源为第一信号源、第二信号源和DSP数据采集系统供电，交流电源为DSP数据采集系统供电；动态响应分析仪对所述待测可程控伺服回路的动态特性进行测试，并通过IE488并口将测试结果上传给上位机；上位机用于实时显示所述监测点信息、控制结果与动态特性测试结果。

所述的第一信号源包括信号调整装置、第一信号放大电路、第二信号放大电路、移相电路、同向信号处理电路、反向信号处理电路和分压电路；

信号调整装置产生8kHz的信号并同时送入第一信号放大电路、第二信号放大电路中，经过第一信号放大电路放大的8kHz信号再送入移相电路进行移相，最终输出频率为8kHz、幅值有效值为6V的电压信号，即所述微动同步传感器激磁信号；经过第二信号放大电路放大的8kHz信号再同时送入同向信号处理电路和反向信号处理电路中，同向信号处理电路将输入到其中的信号进行同向放大并送入分压电路中，反向信号处理电路将输入到其中的信号进行反向放大并送入分压电路中，分压电路将输入到其中的信号进行分压并输出频率为8kHz、幅值有效值为0V～500mV的交流电压信号，即微动同步传感器输出信号。

所述经过同向信号处理电路进行同向放大之后的信号与所述微动同步传感器激磁信号同相；所述经过反向信号处理电路进行同向放大之后的信号与所述微动同步传感器激磁信号反相。

所述的第二信号源包括多谐振荡器、信号处理电路和电流驱动电路；多谐振荡器产生方波信号并送入信号处理电路，信号处理电路将输入的方波信号进行处理，输出三路方波信号，且该三路方波信号两两之间相位差均为120度，多谐振荡器产生方波信号的频率为所述三路方波信号中任何一路的六倍；所述生成的三路方波信号经过电流驱动电路增强驱动能力之后输出，即为所述待测可程控伺服回路的执行机构无刷电机三相位置信号输出。

所述信号处理电路包括十进制计数器D2和三个三输入或门D3A、D3B、D3C；信号处理电路的输入信号连接到十进制计数器D2的CLK计数脉冲输入端，十进制计数器D2的计数使能端接地，D2的置位端连接D2的第七计数输出端，D2的电源端连接+5V电源，D2的参考地连接电源地，D2的第一计数输出端与三输入或门D3A的一个输入端以及D3C的一个输入端连接在一起，D2的第二计数输出端与三输入或门D3A的另一个输入端连接，D2的第三计数输出端与三输入或门D3A的最后一个输入端和D3B的一个输入端连接在一起，D2的第四计数输出端连接三输入或门D3B的另一个输入端，D2的第五计数输出端与三输入或门D3B的最后一个输入端以及D3C的另一个输入端连接在一起，D2的第六计数输出端连接三输入或门D3C的最后一个输入端，三个三输入或门D3A、D3B、D3C的输出信号即为信号处理电路的三路输出。

所述电流驱动电路包括电阻R2～R10、第一比较器N1和第二比较器N2；

所述三输入或门D3A的输出端连接到第一比较器N1的一个反向输入端，D3B的输出端连接第一比较器N1的另一个反向输入端，D3C的输出端连接第二比较器N2的一个反向输入端，第一比较器N1的一个同向输入端通过电阻R2连接+5V电源，同时该同向输入端还通过电阻R3接地，第一比较器N1的第一输出端通过电阻R4连接+5V电源，第一比较器N1的负电源端接地；

第一比较器N1的第二个同向输入端通过电阻R5连接+5V电源，同时还通过电阻R6接地，第一比较器N1的第二输出端通过电阻R7连接+5V电源，第一比较器N1的正电源端连接+5V电源；

第二比较器N2的一个同向输入端通过电阻R8连接+5V电源，同时还通过电阻R9接地，第二比较器N2的第一输出端通过电阻R10连接+5V电源，第二比较器N2的负电源端接地，第二比较器N2的另一个同向输入端接地，N2的另一个反向输入端接地，N2的正电源端连接+5V电源。

本发明与现有技术相比优点在于：

（1）本发明为伺服回路专用测试系统，系统内包括多种信号源，可以模拟伺服回路的多种输入与输出信号；包括数据采集与处理单元，可以完成各监测点数据的采集与数据传输；包括交直流电源，可以保证系统内各单元模块的正常供电；可以将数据采集系统传输的数据实时显示，完成数据记录与保存的功能。相对于传统的分离式测试系统，该测试系统具有集成度高、体积小，操作简单、数据处理与分析能力强等优点，可以提高产品测试效率和测试可靠性。

（2）本发明在伺服回路与测试系统之间采用了双重防插错电连接器，在插头与插座分别装有六角导套和导柱，调整六角的方位，确定唯一的插配组合，同时插头与插座握手处为异形接口，可以双重确保电连接正确性，保证电气连接的准确性与可靠性。

（3）本发明可以将DSP数据采集系统采集的测试数据、监测数据、控制数据在上位机中实时显示。具备数据保存、数据分析、故障诊断的功能，可以处理和存储大量数据文件，保证测试数据的有效性与可靠性，避免因人为原因造成的操作与数据记录错误。

附图说明

图1为本发明测试系统框图；

图2为本发明数据采集系统原理框图；

图3为本发明第一信号源原理框图；

图4为本发明第二信号源原理框图；

图5为本发明中信号处理电路原理图；

图6为本发明中电流驱动电路原理图。

具体实施方式

本发明提供了一种可程控伺服回路测试系统，伺服回路与测试系统之间采用防插错电连接器连接，保证产品连接准确无误；使用DSP数据采集系统记录各监测点的输入与输出信号，通过全双工RS422/485串行数据总线将监测数据与测试数据上传到上位机，上位机可以实时显示测试数据，实现测试结果的可视化，通过以上电气与结构设计可以保证伺服回路与测试系统连接准确可靠。测试数据记录与保存准确有效，易于管理。监测与测试数据实时显示，可进行实时故障诊断。采用专用测试系统后，产品的测试效率提高。

下面结合附图说明系统具体实施方式。

图1为本发明测试系统原理框图，包括第一信号源1、第二信号源2、直流电源、交流电源、动态响应分析仪、DSP数据采集系统、上位机和电连接器；

所述测试系统通过电连接器连接所述可程控伺服回路，第一信号源模拟所述待测可程控伺服回路的输入微动同步传感器激磁与微动同步传感器输出；第二信号源模拟所述待测可程控伺服回路的执行机构无刷电机三相位置信号输出；

如图2所示，DSP数据采集系统包括控制DSP和监测DSP，监测DSP通过监测总线采集所述待测可程控伺服回路的监测点信息，所述监测点信息包括状态量与模拟量，再通过全双工RS485/422总线将采集到的监测点信息上传到上位机；控制DSP通过控制总线实现对所述待测可程控伺服回路的通断控制，并将控制结果通过全双工RS485/422总线上传到上位机；

其中控制DSP和监测DSP选用高性能浮点数字信号处理器TMS320C6713。TMS320C6713具有运算速度快，功耗低的特点，全温下其主频为250MHz以上，平均功耗2W@250MHz。它具有丰富的外设资源，可以完成设定的任务，包括支持主从式双向访问的IIC接口，可以完成伺服回路通断等监测状态量的传输；支持8/16/32位数据，支持40位长整数运算，可以完成并行总线数据的采集，提高软件算法的运算速度。

直流电源为第一信号源、第二信号源和DSP数据采集系统供电，交流电源为DSP数据采集系统供电；动态响应分析仪对所述待测可程控伺服回路的动态特性进行测试，并通过IE488并口将测试结果上传给上位机；上位机用于实时显示所述监测点信息、控制结果与动态特性测试结果。、

如图3所示，第一信号源包括信号调整装置、第一信号放大电路、第二信号放大电路、移相电路、同向信号处理电路、反向信号处理电路和分压电路；

信号调整装置产生8kHz的信号并同时送入第一信号放大电路、第二信号放大电路中，经过第一信号放大电路放大的8kHz信号再送入移相电路进行移相，最终输出频率为8kHz、幅值有效值为6V的电压信号，即所述微动同步传感器激磁信号；经过第二信号放大电路放大的8kHz信号再同时送入同向信号处理电路和反向信号处理电路中，同向信号处理电路将输入到其中的信号进行同向放大并送入分压电路中，反向信号处理电路将输入到其中的信号进行反向放大并送入分压电路中，分压电路将输入到其中的信号进行分压并输出频率为8kHz、幅值有效值为0V～500mV的交流电压信号，即微动同步传感器输出信号。

经过同向信号处理电路进行同向放大之后的信号与所述微动同步传感器激磁信号同相；所述经过反向信号处理电路进行同向放大之后的信号与所述微动同步传感器激磁信号反相。

如图4所示，第二信号源包括多谐振荡器（多谐振荡器选用六反相器CD4069，通过外围阻容设计输出频率为6～10Hz，幅值为5V的方波信号U1）、信号处理电路和电流驱动电路；多谐振荡器产生方波信号并送入信号处理电路，信号处理电路将输入的方波信号进行处理，输出三路方波信号，且该三路方波信号两两之间相位差均为120度，多谐振荡器产生方波信号的频率为所述三路方波信号中任何一路的六倍；所述生成的三路方波信号经过电流驱动电路增强驱动能力之后输出，即为所述待测可程控伺服回路的执行机构无刷电机三相位置信号输出。

如图5所示，信号处理电路包括十进制计数器D2（CD4017）和三个三输入或门D3A、D3B、D3C（型号均为CD4075）；信号处理电路的输入信号连接到十进制计数器D2的CLK计数脉冲输入端（管脚14），十进制计数器D2的计数使能端（管脚13）接地，D2的置位端（RST置位管脚15）连接D2的第七计数输出端Q6，D2的电源端连接+5V电源，D2的参考地连接电源地，D2的第一计数输出端Q0与三输入或门D3A的一个输入端（输入管脚3）以及D3C的一个输入端（输入管脚11）连接在一起，D2的第二计数输出端Q1与三输入或门D3A的另一个输入端（输入管脚4）连接，D2的第三计数输出端Q2与三输入或门D3A的最后一个输入端（输入管脚5）和D3B的一个输入端（输入管脚1）连接在一起，D2的第四计数输出端Q3连接三输入或门D3B的另一个输入端（输入管脚2），D2的第五计数输出端Q4与三输入或门D3B的最后一个输入端（输入管脚8）以及D3C的另一个输入端（输入管脚12）连接在一起，D2的第六计数输出端Q5连接三输入或门D3C的最后一个输入端（输入管脚13），三个三输入或门D3A、D3B、D3C的输出信号即为信号处理电路的三路输出。

如图6所示，电流驱动电路包括电阻R2～R10、第一比较器N1和第二比较器N2；

所述三输入或门D3A的输出端连接到第一比较器N1的一个反向输入端，D3B的输出端连接第一比较器N1的另一个反向输入端，D3C的输出端连接第二比较器N2的一个反向输入端，第一比较器N1的一个同向输入端通过电阻R2连接+5V电源，同时该同向输入端还通过电阻R3接地，第一比较器N1的第一输出端通过电阻R4连接+5V电源，第一比较器N1的负电源端接地；

第一比较器N1的第二个同向输入端通过电阻R5连接+5V电源，同时还通过电阻R6接地，第一比较器N1的第二输出端通过电阻R7连接+5V电源，第一比较器N1的正电源端连接+5V电源；

第二比较器N2的一个同向输入端通过电阻R8连接+5V电源，同时还通过电阻R9接地，第二比较器N2的第一输出端通过电阻R10连接+5V电源，第二比较器N2的负电源端接地，第二比较器N2的另一个同向输入端接地，N2的另一个反向输入端接地，N2的正电源端连接+5V电源。

本发明中电连接器为防插错电连接器，电连接器的插头与插座分别装有六角导套和导柱，插座一端的六角导套六个方向为1/2/3/4/5/6，另一端的六角导套六个方向为A/B/C/D/E/F，通过调整插座和插头六角的方位，可以确定唯一的插配组合。同时插头与插座握手处为异形接口，只有确保这两方面均安装关系正确，才能保证插头插座正确握手。因此可以双重确保电气连接正确性，保证电气连接的准确性与可靠性。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (6)

1.一种可程控伺服回路测试系统，其特征在于：包括第一信号源、第二信号源、直流电源、交流电源、动态响应分析仪、DSP数据采集系统、上位机和电连接器；

所述测试系统通过电连接器连接所述可程控伺服回路，第一信号源模拟待测可程控伺服回路的输入微动同步传感器激磁与微动同步传感器输出；第二信号源模拟所述待测可程控伺服回路的执行机构无刷电机三相位置信号输出；

DSP数据采集系统包括控制DSP和监测DSP，监测DSP通过监测总线采集所述待测可程控伺服回路的监测点信息，所述监测点信息包括状态量与模拟量，再通过全双工RS485/422总线将采集到的监测点信息上传到上位机；控制DSP通过控制总线实现对所述待测可程控伺服回路的通断控制，并将控制结果通过全双工RS485/422总线上传到上位机；

直流电源为第一信号源、第二信号源和DSP数据采集系统供电，交流电源为DSP数据采集系统供电；动态响应分析仪对所述待测可程控伺服回路的动态特性进行测试，并通过IE488并口将测试结果上传给上位机；上位机用于实时显示所述监测点信息、控制结果与动态特性测试结果。

2.根据权利要求1所述的一种可程控伺服回路测试系统，其特征在于：所述的第一信号源包括信号调整装置、第一信号放大电路、第二信号放大电路、移相电路、同向信号处理电路、反向信号处理电路和分压电路；

信号调整装置产生8kHz的信号并同时送入第一信号放大电路、第二信号放大电路中，经过第一信号放大电路放大的8kHz信号再送入移相电路进行移相，最终输出频率为8kHz、幅值有效值为6V的电压信号，即所述微动同步传感器激磁信号；经过第二信号放大电路放大的8kHz信号再同时送入同向信号处理电路和反向信号处理电路中，同向信号处理电路将输入到其中的信号进行同向放大并送入分压电路中，反向信号处理电路将输入到其中的信号进行反向放大并送入分压电路中，分压电路将输入到其中的信号进行分压并输出频率为8kHz、幅值有效值为0V～500mV的交流电压信号，即微动同步传感器输出信号。

3.根据权利要求2所述的一种可程控伺服回路测试系统，其特征在于：经过同向信号处理电路进行同向放大之后的信号与所述微动同步传感器激磁信号同相；经过反向信号处理电路进行反向放大之后的信号与所述微动同步传感器激磁信号反相。

4.根据权利要求1所述的一种可程控伺服回路测试系统，其特征在于：所述的第二信号源包括多谐振荡器、信号处理电路和电流驱动电路；多谐振荡器产生方波信号并送入信号处理电路，信号处理电路将输入的方波信号进行处理，输出三路方波信号，且该三路方波信号两两之间相位差均为120度，多谐振荡器产生方波信号的频率为所述三路方波信号中任何一路的六倍；生成的三路方波信号经过电流驱动电路增强驱动能力之后输出，即为所述待测可程控伺服回路的执行机构无刷电机三相位置信号输出。

5.根据权利要求4所述的一种可程控伺服回路测试系统，其特征在于：所述信号处理电路包括十进制计数器D2和三个三输入或门D3A、D3B、D3C；信号处理电路的输入信号连接到十进制计数器D2的CLK计数脉冲输入端，十进制计数器D2的计数使能端接地，D2的置位端连接D2的第七计数输出端，D2的电源端连接+5V电源，D2的参考地连接电源地，D2的第一计数输出端与三输入或门D3A的一个输入端以及D3C的一个输入端连接在一起，D2的第二计数输出端与三输入或门D3A的另一个输入端连接，D2的第三计数输出端与三输入或门D3A的最后一个输入端和D3B的一个输入端连接在一起，D2的第四计数输出端连接三输入或门D3B的另一个输入端，D2的第五计数输出端与三输入或门D3B的最后一个输入端以及D3C的另一个输入端连接在一起，D2的第六计数输出端连接三输入或门D3C的最后一个输入端，三个三输入或门D3A、D3B、D3C的输出信号即为信号处理电路的三路输出。

6.根据权利要求5所述的一种可程控伺服回路测试系统，其特征在于：所述电流驱动电路包括电阻R2～R10、第一比较器N1和第二比较器N2；

所述三输入或门D3A的输出端连接到第一比较器N1的一个反向输入端，D3B的输出端连接第一比较器N1的另一个反向输入端，D3C的输出端连接第二比较器N2的一个反向输入端，第一比较器N1的一个同向输入端通过电阻R2连接+5V电源，同时该同向输入端还通过电阻R3接地，第一比较器N1的第一输出端通过电阻R4连接+5V电源，第一比较器N1的负电源端接地；

第一比较器N1的第二个同向输入端通过电阻R5连接+5V电源，同时还通过电阻R6接地，第一比较器N1的第二输出端通过电阻R7连接+5V电源，第一比较器N1的正电源端连接+5V电源；

第二比较器N2的一个同向输入端通过电阻R8连接+5V电源，同时还通过电阻R9接地，第二比较器N2的第一输出端通过电阻R10连接+5V电源，第二比较器N2的负电源端接地，第二比较器N2的另一个同向输入端接地，N2的另一个反向输入端接地，N2的正电源端连接+5V电源。