CN105004993A - 一种直线步进电机力频特性测试装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种直线步进电机力频特性测试装置，工控机上安装有通信板卡，通过通信接口与数字信号处理器实现实时双向通信，工控机用于发送测试指令、显示测试信息和处理存储测试数据，数字信号处理器完成测试过程的实时控制，通过电机驱动单元驱动测试台上的直线步进电机运转，同时压力传感器反馈直线步进电机输出的实时压力值，通过信号调理单元传输至数字信号处理器进行采样并转化为数字量，数字信号处理器判断电机是否失步，并记录失步时刻的压力值作为电机在当前速度下的最大出力。本发明可精确获得直线步进电机失步时的最大出力，自动完成直线步进电机的力频特性测试，测试效率高，精度高。

Description

一种直线步进电机力频特性测试装置和方法

技术领域

本发明涉及一种电机测试装置和方法。

背景技术

直线步进电机首先出现在1968年的第3402308号专利上，是颁发给WilliamHenschke的。直线步进电机是一种将电脉冲信号转换成微步直线运动的驱动装置。在需要精密直线运动的地方，直线步进电机是一种高速、高定位精度、高可靠性的数字直线运动随动系统的驱动元件，它可以代替间接地由旋转步进电机，经过一套中间转换机构而得到直线运动的装置。直线步进电机结构简单，不需要中间转换机构，可动部分质量轻、惯性小、无漂移、无累积定位误差，是一种理想的且易推广和开发应用的高定位精度直线运动驱动装置。在数控机床、自动绘图仪、计算机设备、机器人、精密仪表、传输设备、自动开门以及航空航天等领域得到广泛的应用。

直线步进电机的力频特性是其重要的负载能力指标之一，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。发表于2010年全国直线电机、现代驱动及系统学术年会论文集中的文章《机床用直线电机驱动系统与测试平台研究》可以对永磁直线电动机的绕组电感、电气时间常数、最大静摩擦力、反电动势波形等进行测试，但是不能对直线步进电机特殊的力频特性进行测试。北京信息科技大学的硕士论文《直线电机综合性能测试系统的研究与开发》也设计了一种直线电机综合性能测试系统，但同样不能针对直线步进电机的力频特性这一关键参数进行测试。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种直线步进电机力频特性测试装置和方法，可有效测试直线步进电机的力频特性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种直线步进电机力频特性测试装置，包括工控机、通信板卡、通信接口、数字信号处理器、电机驱动单元、信号调理单元、测试台、直线步进电机和压力传感器。

所述的工控机上安装有通信板卡，通过通信接口与数字信号处理器实现实时双向通信，工控机用于发送测试指令、显示测试信息和处理存储测试数据，数字信号处理器完成测试过程的实时控制，通过电机驱动单元驱动测试台上的直线步进电机运转，同时压力传感器反馈直线步进电机输出的实时压力值，通过信号调理单元传输至数字信号处理器进行采样并转化为数字量，数字信号处理器判断电机是否失步，并记录失步时刻的压力值作为电机在当前速度下的最大出力。

所述的测试台包括台体基座、电机固定基座、直线步进电机、压力传感器、支撑弹簧和导向螺栓；直线步进电机通过电机固定基座安装于台体基座上，压力传感器通过嵌套有导向螺栓的支撑弹簧安装于台体基座上，直线步进电机输出轴与压力传感器通过止口相连。

本发明还提供一种直线步进电机力频特性测试方法，包括以下步骤：

第一步：根据直线步进电机的本身设计性能指标，由工控机输入需要测试的力频特性频点；

第二步：工控机将频点信息发送给数字信号处理器；

第三步：数字信号处理器对各个频点的电机出力进行测试，得到压力信息；

第四步：数字信号处理器将各个频点的频率和对应的压力信息返还给工控机；

第五步：工控机绘制力频特性曲线。

所述的测试包括以下步骤：

第一步：数字信号处理器按照最低频点驱动直线步进电机运转；

第二步：数字信号处理器根据压力传感器的反馈数据，判断电机是否失步，一旦失步，记录该时刻的压力传感器数值作为该频点下的最大电机出力；

第三步：数字信号处理器控制电机退回初始状态；

第四步：若所有频点均已进行测试，则测试完成，否则数字信号处理器按照下一个频点控制步进电机运转，返回第二步。

本发明的有益效果是：

1)采用支撑弹簧作为缓冲，采用导向螺栓进行阻转和导向，可精确获得直线步进电机失步时的最大出力；

2)借助工控机和数字信号处理器(DSP)，可自动完成直线步进电机的力频特性测试，测试效率高，精度高；

3)通过选取不同弹性系数的弹簧，可在一定功率范围内对多型直线步进电机进行测试。

附图说明

图1为直线步进电机力频特性测试装置原理框图。

图中，1—工控机，2—通信板卡，3—通信接口，4—数字信号处理器(DSP)，5—电机驱动单元，6—信号调理单元，7—测试台，8—直线步进电机，9—压力传感器。

图2为测试台结构图。

图中，10—台体基座，11—电机固定基座，12—紧固螺栓，13—支撑弹簧，14—导向螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

如图1所示，直线步进电机力频特性测试装置包括工控机1、通信板卡2、通信接口3、数字信号处理器(DSP)4、电机驱动单元5、信号调理单元6、测试台7、直线步进电机8和压力传感器9。工控机1上安装有通信板卡2，通过通信接口3与数字信号处理器(DSP)4实现实时双向通信。工控机1用于发送测试指令、显示测试信息、处理存储测试数据等。数字信号处理器(DSP)4实现测试过程的实时控制，通过电机驱动单元5，驱动直线步进电机8运转，同时压力传感器9反馈实时压力值，通过信号调理单元6后由数字信号处理器(DSP)4进行采样并转化为数字量，数字信号处理器(DSP)4根据该数据的变化形式判断电机此刻是否失步。一旦失步，数字信号处理器(DSP)4便记录此刻的压力值作为电机该速度(频率)下的最大出力。

上述的工控机1可选用研华公司的IPC-610H工控机，也可选用其他公司的工控机。

上述的工控机1与数字信号处理器(DSP)4的通信方式采用RS422串行通信方式，具有较强的抗干扰特性和较高的通信波特率。

上述的数字信号处理器(DSP)4采用TI公司的TMS320F2812定点DSP，专门为电机控制进行优化设计。

上述的电机驱动单元5采用与直线步进电机8及测试要求相对应的形式，比如采用单电压型驱动或H桥型驱动。

上述的压力传感器9选择与被测力范围相符合的压力传感器型号。

上述的直线步进电机8和压力传感器9固定于测试台7上。

上述的测试台7包括台体基座10、电机固定基座11、紧固螺栓12、直线步进电机8、压力传感器9、支撑弹簧13和导向螺栓14。台体基座10和电机固定基座11通过紧固螺栓12固定，直线步进电机8通过法兰安装于电机固定基座11上。压力传感器9通过支撑弹簧13和导向螺栓14安装于台体基座10上，支撑弹簧13支撑压力传感器9重力和直线步进电机8出力，导向螺栓14仅仅用作导向功能，防止压力传感器9与直线步进电机8轴一起旋转。直线步进电机8输出轴与压力传感器9通过止口相连，防止直线步进电机8轴旋转而使其只存在直线运动。

如图2所示，该直线步进电机力频特性测试方法，包括以下步骤：

第一步：根据直线步进电机8的本身设计性能指标，由工控机1输入需要测试的力频特性频点；

第二步：工控机1将频点信息发送给数字信号处理器(DSP)4；

第三步：数字信号处理器(DSP)4根据预先编制好的程序，依次对各个频点的电机出力进行测试；

第四步：数字信号处理器(DSP)4将对应的频率和压力信息返还给工控机1；

第五步：工控机1绘制力频特性曲线。

上述第三步的详细步骤如下：

第一步：数字信号处理器(DSP)4按照最低频点(最低转速)驱动直线步进电机8运转；

第二步：随着电机输出轴变长，支撑弹簧13被压缩，力越来越大，直至电机产生失步现象；

第三步：数字信号处理器(DSP)4根据压力传感器9的反馈数据，判断电机是否失步，一旦失步，记录该时刻的压力传感器9数值作为该频点下的最大电机出力；

第四步：数字信号处理器(DSP)4控制电机退回初始状态；

第五步：若所有频点均已进行测试，则测试完成，否则数字信号处理器(DSP)4按照下一个频点控制步进电机运转，返回第二步。

上述第三步中判断电机是否失步的方法为：一旦直线步进电机8开始失步，数字信号处理器(DSP)4采集到的压力传感器9的数值开始在一定小范围内跳动，数字信号处理器(DSP)4据此判断电机开始失步。

上述压力传感器9的数值跳动范围与支撑弹簧13的弹性系数有关，弹性系数越大，数值跳动范围越大，反之亦然。因此，可以通过选择支撑弹簧13的弹性系数来确保系统测试精度。

Claims (4)

1.一种直线步进电机力频特性测试装置，包括工控机、通信板卡、通信接口、数字信号处理器、电机驱动单元、信号调理单元、测试台、直线步进电机和压力传感器，其特征在于：所述的工控机上安装有通信板卡，通过通信接口与数字信号处理器实现实时双向通信，工控机用于发送测试指令、显示测试信息和处理存储测试数据，数字信号处理器完成测试过程的实时控制，通过电机驱动单元驱动测试台上的直线步进电机运转，同时压力传感器反馈直线步进电机输出的实时压力值，通过信号调理单元传输至数字信号处理器进行采样并转化为数字量，数字信号处理器判断电机是否失步，并记录失步时刻的压力值作为电机在当前速度下的最大出力。

2.根据权利要求1所述的直线步进电机力频特性测试装置，其特征在于：所述的测试台包括台体基座、电机固定基座、直线步进电机、压力传感器、支撑弹簧和导向螺栓；直线步进电机通过电机固定基座安装于台体基座上，压力传感器通过嵌套有导向螺栓的支撑弹簧安装于台体基座上，直线步进电机输出轴与压力传感器通过止口相连。

3.一种利用权利要求1所述装置的直线步进电机力频特性测试方法，其特征在于包括下述步骤：

第一步：根据直线步进电机的本身设计性能指标，由工控机输入需要测试的力频特性频点；

第二步：工控机将频点信息发送给数字信号处理器；

第三步：数字信号处理器对各个频点的电机出力进行测试，得到压力信息；

第四步：数字信号处理器将各个频点的频率和对应的压力信息返还给工控机；

第五步：工控机绘制力频特性曲线。

4.根据权利要求3所述的直线步进电机力频特性测试方法，其特征在于：

第一步：数字信号处理器按照最低频点驱动直线步进电机运转；

第二步：数字信号处理器根据压力传感器的反馈数据，判断电机是否失步，一旦失步，记录该时刻的压力传感器数值作为该频点下的最大电机出力；

第三步：数字信号处理器控制电机退回初始状态；

第四步：若所有频点均已进行测试，则测试完成，否则数字信号处理器按照下一个频点控制步进电机运转，返回第二步。