CN110837019A - 一种电机驱动系统测试及信号采集试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电机驱动系统测试及信号采集试验装置及方法，该装置由电机驱动系统测试平台、充电装置、电池组、温度传感器、霍尔传感器、转矩传感器、编码器、电机、数据采集板、功率分析仪、USB/CAN转换器和工控一体机组成。本发明可以对电机进行起动、停机、正转、反转、加速、减速、半速、全速的转速调节；也可收集、传输和存储电机的过载、过流、欠压、过压、过温、转矩的动态性能、角度、测试效率、功率因素、三相不平衡等技术参数。该试验装置能同时对电机驱动系统进行各项测试试验，并可将试验数据打印或存储，具有操作简单、安全可靠、数据准确、使用方便等特点。
Description
技术领域
本发明涉及设备试验装置，具体的说是一种电机驱动系统测试及信号采集试验装置及方法。
背景技术
目前，在环保的大环境下，电动汽车成为了近年来研究的热点，电动汽车在城市交通中可以实现零排放或极低排放，在环保领域优势巨大。电动汽车主要由电机驱动系统、电池系统和整车控制系统三部分构成，其中的电机驱动系统是直接将电能转换为机械能的部分，决定了电动汽车的性能指标。另外，为保证应急救援领域和高危环境巡检作业的人身安全，消防机器人和巡检机器人等特种机器人应用的越来越多。特种机器人主要由行走机构、电池系统和整机控制系统组成，其中的行走机构也是由电机驱动系统来完成的，如果电机驱动系统出现问题，特种机器人不能正常行走，不能完成救援、巡检任务，造成生命救援的延误和财产的严重损失。因此，在电动汽车和特种机器人的生产制造过程中，对电机驱动系统进行测试尤为重要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电机驱动系统测试及信号采集试验装置。本发明的技术方案是：一种电机驱动系统测试及信号采集试验装置，该装置由电机驱动系统测试平台（1）、充电装置（2）、电池组（3）、温度传感器（4）、霍尔传感器（5）、转矩传感器（6）、编码器（7）、电机（8）、数据采集板（9）、功率分析仪（10）、USB/CAN转换器（11）和工控一体机（12）组成。
所述充电装置（2）与电池组（3）相连，负责给电池组（3）充电，保证电池组（3）有DC48V的直流电压输出；电池组（3）与电机驱动系统测试平台（1）相连，为本试验装置提供所需的直流电源。电机驱动系统测试平台（1）通过CAN接口分别与数据采集板（9）、功率分析仪（10）和电机（8）相连，还与温度传感器（4）、霍尔传感器（5）、转矩传感器（6）和编码器（7）相连。数据采集板（9）通过CAN通讯接口与USB/CAN转换器（11）相连；USB/CAN转换器（11）通过USB接口与工控一体机（12）相连。功率分析仪（10）通过RS232串口与工控一体机（12）相连。
所述电机驱动系统测试平台（1）由嵌入式主板（a）、控制器(b)、电池充放电管理模块（c）、开关电源(d)、压接式电机驱动系统底板(e)、通讯扩展采集板(f)、多路端子接口板(g)、电机驱动器（h）、手动操作按钮(i)和手动摇杆(j)组成。 其中开关电源（d）给各路传感器提供DC24V电源；温度传感器（4）、霍尔传感器（5）、转矩传感器（6）和编码器（7）与多路端子接口板(g)连接；通讯扩展采集板（f）通过CAN通讯接口与数据采集板（9）和功率分析仪（10）相连；控制器（b）通过CAN通讯接口与电机（8）相连；电池充放电管理模块（c）通过CAN通讯接口与电池组（3）相连。嵌入式主板（a）分别与压接式电机驱动系统底板（e）和电池充放电管理模块（c）相连。通讯扩展采集板（f）分别与压接式电机驱动系统底板（e）和多路端子接口板(g)相连。控制器（b）通过CAN通讯接口与压接式电机驱动系统底板（e）相连。
嵌入式主板（a）主要由单片机构成。
通过操作电机驱动系统测试平台（1）上的手动操作按钮（i）控制电机（8）的起动、停机、正转、反转；通过操作该平台上的手动遥杆(j)控制电机（8）的加速、减速、半速和全速的转速调节。通过功率分析仪（10）对电机(8)的功率因素、功率、电量、测试效率等动态性能参数进行测试；通过控制器（b）、压接式电机驱动系统底板（e）和电机驱动器(h)，控制电机（8）的位置、速度和扭矩。同时电机驱动器(h)的输出端参数通过CAN通讯端口传输到数据采集板（9），数据采集板（9）将全部数据信息收集完毕后，通过USB/CAN转换器（11）将数据传至工控一体机（12）的USB接口，工控一体机（12）通过对接收的数据分析、处理，得到电机的速度、角度、扭矩、过载、短路、过流、欠压、过压、过温、测试效率、功率因素、三相不平衡等各项参数，然后将各项参数在工控一体机（12）的显示器上以界面的形式实时的显示出来。通过工控一体机（12）也可对试验数据进行打印或通过USB接口存储和拷贝。
基于上述电机驱动系统测试及信号采集试验装置，本发明还提供了一种电机驱动系统测试及信号采集试验方法，包括以下步骤:
步骤一：将被测的电机驱动系统装入电机驱动系统测试平台（1）内的压接式电机驱动系统底板（e）后锁紧。合上供电电源，给充电装置（2）供电，充电装置（2）给电池组（3）充电，电池组（3）负责给电机驱动系统测试平台（1）供电，在电机驱动系统测试平台（1）工作过程中，电池充放电管理模块（c）监测电池组（3）的电压，当低于DC48V电压的10%时，红色的电量低指示灯亮，提示电池充电。当电量充满时 ，绿色的电量指示灯亮，提示电量已满可以将充电装置（2）上的充电开关关闭。同时将电池充放电状态下的电压和电流参数以通讯的方式分别传到嵌入式主板(a)和通讯扩展采集板（f）中。
步骤二：操作开关电源（d）接通电源，通过手动操作按钮（i）的电机起/停按钮、正/反转转换开关和手动摇杆(j)给嵌入式主板（a）发出指令，嵌入式主板（a）以CAN通讯的方式将指令传输到控制器（b），控制器（b）发出控制信号，驱动电机（8）的起动、停机、正转和反转运行。同时，电机参数采集及PID调节模块（h）采集电机（8）的电流、电压、转速等运行参数，并进行PID调节，调节后的输出控制信号通过压接式电机驱动系统底板（e）传输到控制器（b），由控制器（b）控制电机的加速、减速、半速和全速的稳定运行；
步骤三：通过温度传感器(4)、霍尔传感器(5)、转矩传感器(6)和编码器(7)分别采集电机（8）的温度、电流、电压、转矩和角度等信号，通过多路端子接口板(g)以CAN通讯的方式将采集的信息传输到通讯扩展采集板（f）中，扩展采集板（f）将收集到的所有信息，以CAN通讯的方式传到数据采集板（9），数据采集板（9）将采集到的全部信息通过USB/CAN转换器（11）传输到工控一体机（12）中。
步骤四：在电机驱动系统测试平台（1）工作过程中，功率分析仪（10）对电机(8)的功率因素、功率、电量、测试效率等动态性能参数进行测试，并将测试得到的数据以RS232串口通讯的方式传输到工控一体机（12）中。
步骤五：工控一体机(12) 对上述测试数据进行分析处理，并在显示器上以人机界面的形式将过载、过流、欠压、过压、过温、转矩的动态性能、角度、测试效率、功率因素、三相不平衡等试验数据、故障报警停机、电池电量、电池充放电异常报警等参数显示出来；同时，工控一体机（12）可对试验数据进行打印或通过USB接口存储、拷贝。
步骤六：电机驱动系统测试完毕后，关闭所有电源，全程试验结束。
本发明的有益效果是：该试验装置能同时对电机驱动系统进行各项测试试验，并可将试验数据打印或存储，具有操作简单、安全可靠、数据准确、使用方便等特点。
附图说明
图1 电机驱动系统测试及信号采集试验装置组成结构示意图。
图2 电机驱动系统测试平台组成结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例详述本发明。
如图1所示，一种电机驱动系统测试及信号采集试验装置，该装置由电机驱动系统测试平台（1）、充电装置（2）、电池组（3）、温度传感器（4）、霍尔传感器（5）、转矩传感器（6）、编码器（7）、电机（8）、数据采集板（9）、功率分析仪（10）、USB/CAN转换器（11）和工控一体机（12）组成。
所述电网给充电装置（2）提供AC220V电源，充电装置（2）与电池组（3）相连接，负责给电池组（3）充电，保证电池组（3）有DC48V的直流电压输出。
电池组（3）输出直流DC48V的电压，与电机驱动系统测试平台（1）相连，为本试验装置提供所需的直流电源。
电机驱动系统测试平台（1）通过CAN接口与电池组（3）相连；另外还通过CAN通讯接口分别与数据采集板（9）、功率分析仪（10）和电机（8）相连；通过多路端子接口板分别与温度传感器（4）、霍尔传感器（5）、转矩传感器（6）和编码器（7）相连。
数据采集板（9）通过CAN通讯接口与USB/CAN转换器（11）相连；USB/CAN转换器（11）通过USB接口与工控一体机（12）相连。功率分析仪（10）通过RS232串口与工控一体机（12）相连。
如图2所示，所述电机驱动系统测试平台（1）由嵌入式主板（a）、控制器(b)、电池充放电管理模块（c）、开关电源(d)、压接式电机驱动系统底板(e)、通讯扩展采集板(f)、多路端子接口板(g)、电机驱动器（h）、手动操作按钮(i)和手动摇杆(j)组成。
电机驱动系统测试平台（1）连接方式如下：开关电源（d）给各组成部分提供DC24V电源，多路端子接口板(g)与温度传感器（4）、霍尔传感器（5）、转矩传感器（6）和编码器（7）连接，用于接收各传感器的信号；通讯扩展采集板（f）通过CAN通讯接口与数据采集板（9）相连；同时还通过CAN通讯接口与功率分析仪（10）相连；控制器（b）通过CAN通讯接口与电机（8）相连；电池充放电管理模块（c）通过CAN通讯接口与电池组（3）相连。嵌入式主板（a）通过CAN通讯接口分别与压接式电机驱动系统底板（e）、控制器（b）和电池充放电管理模块（c）相连。通讯扩展采集板（f）通过CAN通讯接口分别与压接式电机驱动系统底板（e）和多路端子接口板(g)相连。手动操作按钮(i)和手动摇杆(j)与嵌入式主板（a）相连，电机驱动器（h）与压接式电机驱动系统底板(e)相连。控制器（b）通过CAN通讯接口与压接式电机驱动系统底板（e）相连。
基于上述电机驱动系统测试及信号采集试验装置，本发明还提供了一种电机驱动系统测试及信号采集试验方法，包括以下步骤:
步骤一：将被测的电机驱动系统装入电机驱动系统测试平台（1）内的压接式电机驱动系统底板（e）后锁紧。合上供电电源，给充电装置（2）供电，充电装置（2）给电池组（3）充电，电池组（3）负责给电机驱动系统测试平台（1）供电，在电机驱动系统测试平台（1）工作过程中，电池充放电管理模块（c）监测电池组（3）的电压，当低于DC48V电压的10%时，红色的电量低指示灯亮，提示电池充电。当电量充满时 ，绿色的电量指示灯亮，提示电量已满可以将充电装置（2）上的充电开关关闭。同时将电池充放电状态下的电压和电流参数以通讯的方式分别传到嵌入式主板(a)和通讯扩展采集板（f）中。
步骤二：操作开关电源（d）接通电源，通过手动操作按钮（i）的电机起/停按钮、正/反转转换开关和手动摇杆(j)给嵌入式主板（a）发出指令，嵌入式主板（a）以CAN通讯的方式将指令传输到控制器（b），控制器（b）发出控制信号，驱动电机（8）的起动、停机、正转和反转运行。同时，电机参数采集及PID调节模块（h）采集电机（8）的电流、电压、转速等运行参数，并进行PID调节，调节后的输出控制信号通过压接式电机驱动系统底板（e）传输到控制器（b），由控制器（b）控制电机的加速、减速、半速和全速的稳定运行；
步骤三：通过温度传感器(4)、霍尔传感器(5)、转矩传感器(6)和编码器(7)分别采集电机（8）的温度、电流、电压、转矩和角度等信号，通过多路端子接口板(g)以CAN通讯的方式将采集的信息传输到通讯扩展采集板（f）中，扩展采集板（f）将收集到的所有信息，以CAN通讯的方式传到数据采集板（9），数据采集板（9）将采集到的全部信息通过USB/CAN转换器（11）传输到工控一体机（12）中。
步骤四：在电机驱动系统测试平台（1）工作过程中，功率分析仪（10）对电机(8)的功率因素、功率、电量、测试效率等动态性能参数进行测试，并将测试得到的数据以RS232串口通讯的方式传输到工控一体机（12）中。
步骤五：工控一体机(12) 对上述测试数据进行分析处理，并在显示器上以人机界面的形式将过载、过流、欠压、过压、过温、转矩的动态性能、角度、测试效率、功率因素、三相不平衡等试验数据、故障报警停机、电池电量、电池充放电异常报警等参数显示出来；同时，工控一体机（12）可对试验数据进行打印或通过USB接口存储、拷贝。
步骤六：电机驱动系统测试完毕后，关闭所有电源，全程试验结束。
本发明的有益效果是：该试验装置能同时对电机驱动系统进行各项测试试验，并可将试验数据打印或存储，具有操作简单、安全可靠、数据准确、使用方便等特点。
该发明装置具有测试安全可靠、操作简单、数据同步显示，测试效率高等特点。
Claims (3)
1.一种电机驱动系统测试及信号采集试验装置，其特征在于：该装置由电机驱动系统测试平台（1）、充电装置（2）、电池组（3）、温度传感器（4）、霍尔传感器（5）、转矩传感器（6）、编码器（7）、电机（8）、数据采集板（9）、功率分析仪（10）、USB/CAN转换器（11）和工控一体机（12）组成；所述充电装置（2）与电池组（3）相连，电池组（3）与电机驱动系统测试平台（1）相连，电机驱动系统测试平台（1）通过CAN接口分别与数据采集板（9）、功率分析仪（10）和电机（8）相连，还与温度传感器（4）、霍尔传感器（5）、转矩传感器（6）和编码器（7）相连；数据采集板（9）通过CAN通讯接口与USB/CAN转换器（11）相连；USB/CAN转换器（11）通过USB接口与工控一体机（12）相连，功率分析仪（10）通过RS232串口与工控一体机（12）相连。
2.根据权利要求1所述一种电机驱动系统测试及信号采集试验装置，其特征在于：所述电机驱动系统测试平台（1）由嵌入式主板（a）、控制器(b)、电池充放电管理模块（c）、开关电源(d)、压接式电机驱动系统底板(e)、通讯扩展采集板(f)、多路端子接口板(g)、电机驱动器（h）、手动操作按钮(i)和手动摇杆(j)组成；所述开关电源（d）给各路传感器提供DC24V电源；温度传感器（4）、霍尔传感器（5）、转矩传感器（6）和编码器（7）与多路端子接口板(g)连接；通讯扩展采集板（f）通过CAN通讯接口与数据采集板（9）和功率分析仪（10）相连；控制器（b）通过CAN通讯接口与电机（8）相连；电池充放电管理模块（c）通过CAN通讯接口与电池组（3）相连；嵌入式主板（a）分别与压接式电机驱动系统底板（e）和电池充放电管理模块（c）相连；通讯扩展采集板（f）分别与压接式电机驱动系统底板（e）和多路端子接口板(g)相连；控制器（b）通过CAN通讯接口与压接式电机驱动系统底板（e）相连；
嵌入式主板（a）由单片机构成。
3.一种基于权利要求1所述电机驱动系统测试及信号采集试验装置的试验方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
步骤一：将被测的电机驱动系统装入电机驱动系统测试平台（1）内的压接式电机驱动系统底板（e）后锁紧；合上供电电源，给充电装置（2）供电，充电装置（2）给电池组（3）充电，电池组（3）负责给电机驱动系统测试平台（1）供电，在电机驱动系统测试平台（1）工作过程中，电池充放电管理模块（c）监测电池组（3）的电压，当低于DC48V电压的10%时，红色的电量低指示灯亮，提示电池充电；当电量充满时 ，绿色的电量指示灯亮，提示电量已满可以将充电装置（2）上的充电开关关闭；同时将电池充放电状态下的电压和电流参数以通讯的方式分别传到嵌入式主板(a)和通讯扩展采集板（f）中；
步骤二：操作开关电源（d）接通电源，通过手动操作按钮（i）的电机起/停按钮、正/反转转换开关和手动摇杆(j)给嵌入式主板（a）发出指令，嵌入式主板（a）以CAN通讯的方式将指令传输到控制器（b），控制器（b）发出控制信号，驱动电机（8）的起动、停机、正转和反转运行；同时，电机参数采集及PID调节模块（h）采集电机（8）的电流、电压、转速等运行参数，并进行PID调节，调节后的输出控制信号通过压接式电机驱动系统底板（e）传输到控制器（b），由控制器（b）控制电机的加速、减速、半速和全速的稳定运行；
步骤三：通过温度传感器(4)、霍尔传感器(5)、转矩传感器(6)和编码器(7)分别采集电机（8）的温度、电流、电压、转矩和角度等信号，通过多路端子接口板(g)以CAN通讯的方式将采集的信息传输到通讯扩展采集板（f）中，扩展采集板（f）将收集到的所有信息，以CAN通讯的方式传到数据采集板（9），数据采集板（9）将采集到的全部信息通过USB/CAN转换器（11）传输到工控一体机（12）中；
步骤四：在电机驱动系统测试平台（1）工作过程中，功率分析仪（10）对电机(8)的功率因素、功率、电量、测试效率等动态性能参数进行测试，并将测试得到的数据以RS232串口通讯的方式传输到工控一体机（12）中；
步骤五：工控一体机(12) 对上述测试数据进行分析处理，并在显示器上以人机界面的形式将过载、过流、欠压、过压、过温、转矩的动态性能、角度、测试效率、功率因素、三相不平衡等试验数据、故障报警停机、电池电量、电池充放电异常报警等参数显示出来；同时，工控一体机（12）可对试验数据进行打印或通过USB接口存储、拷贝；
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| CN112799348A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-05-14 | 北京无线电测量研究所 | 一种驱动器人机界面的数字测试方法和伺服系统 |
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