CN213932599U - 一种电机及编码器信号诊断测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电机及编码器信号诊断测试系统，涉及编码器信号诊断技术领域。该电机及编码器信号诊断测试系统，包括测试机构及控制系统，测试机构包括主动电机、连杆机构、被测电机；控制系统包括第一电机驱动模块、第二电机驱动模块、编码器接收模块、霍尔接收模块、相电压检测模块、相电流检测模块、触摸屏模块、串口通信接口模块及控制模块。该电机及编码器信号诊断测试系统通过检测，可以判断编码器信号的输出电压幅值、脉冲数最大允许误差、正交度是否满足设计要求，电机均匀度、绕组匝数一致性是否满足设计要求，通过上述2/3采集数据，与预先设置好的判断条件相比较。

Description

一种电机及编码器信号诊断测试系统

技术领域

本实用新型涉及编码器信号诊断技术领域，具体为一种电机及编码器信号诊断测试系统。

背景技术

电机是一种广泛应用于工业自动化设备上的传动元件，大部分电机的结构包含电机本体、位置编码器及霍尔传感器，例外是，步进电机有带与不带编码器两种。目前，大部分电机生产过程中检测办法有：使用一台匹配的驱动器直接驱动，电机是否正常运行作为判断电机是否正常的依据。

这种测试办法存在以下缺点：1、无法判断编码器的脉冲数、信号顺序、电压幅值大小是否准确；2、无法判断电机磁铁、绕组匝数、电感、电阻是否符合设计要求；3、无法判断霍尔信号安装角度实际误差大小。

实用新型内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种电机及编码器信号诊断测试系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：一种电机及编码器信号诊断测试系统，包括测试机构及控制系统，测试机构包括主动电机、连杆机构、被测电机；控制系统包括第一电机驱动模块、第二电机驱动模块、编码器接收模块、霍尔接收模块、相电压检测模块、相电流检测模块、触摸屏模块、串口通信接口模块及控制模块。

优选的，所述主动电机，用于带动所述连杆机构，使被测电机运行跟随相应运动。

优选的，所述连杆机构，连接主动电机与被测电机。

优选的，所述被测电机，包含伺服电机，轮毂电机，步进电机，所述第一电机驱动模块，给主动电机提供功率驱动。

优选的，所述第二电机驱动模块，给被测电机提供功率驱动，所述编码器接收模块，连接被测电机的编码器，将编码器的信号传至控制模块。

优选的，所述霍尔接收模块，连接被测电机的霍尔信号，将其传至控制模块，所述相电压检测模块，检测电机相电压，并传至控制模块。

优选的，所述相电流检测模块，检测电机相电流，并传至控制模块。

优选的，所述触摸屏模块，显示电机相电压、电机相电流、编码器、霍尔信号、判断结果及解决方案提示。

优选的，所述串口通信接口模块，可使显示模块所显示数据通过此模块进行交互。

本实用新型提供了一种电机及编码器信号诊断测试系统，其具备的有益效果如下：

1、该电机及编码器信号诊断测试系统通过检测，可以判断编码器信号的输出电压幅值、脉冲数最大允许误差、正交度是否满足设计要求，电机均匀度、绕组匝数一致性是否满足设计要求，通过上述2/3采集数据，与预先设置好的判断条件相比较，给出最终结果并作出相应判断，并通过显示模块显示或串口通信模块读取，通过上述检测，可以判断电机结构均匀度、绕组匝数一致性是否满足设计要求。

附图说明

图1为本实用新型的内转子电机测试机构结构示意图；

图2为本实用新型的外转子电机测试机构图；

图3为本实用新型的控制系统示意图；

图4为本实用新型的检测系统工作流程图。

图中：1、被测电机；2、固定板；3、连杆机构；4、主动电机。

具体实施方式

本实用新型实施例提供一种电机及编码器信号诊断测试系统，如图1-4 所示，包括测试机构及控制系统，其特征在于，测试机构包括主动电机4、连杆机构3、被测电机1；所述被测电机1，包含伺服电机，轮毂电机，步进电机，所述第一电机驱动模块，给主动电机4提供功率驱动，所述主动电机4，所述连杆机构3，连接主动电机4与被测电机1，用于带动所述连杆机构3，使被测电机1运行跟随相应运动，控制系统包括第一电机驱动模块、第二电机驱动模块、编码器接收模块、霍尔接收模块、相电压检测模块、相电流检测模块、触摸屏模块、串口通信接口模块及控制模块，所述第二电机驱动模块，给被测电机1提供功率驱动，所述编码器接收模块，连接被测电机1的编码器，所述霍尔接收模块，连接被测电机1的霍尔信号，将其传至控制模块，所述相电压检测模块，检测电机相电压，并传至控制模块，所述相电流检测模块，检测电机相电流，并传至控制模块，将编码器的信号传至控制模块，所述触摸屏模块，显示电机相电压、电机相电流、编码器信号、霍尔信号、判断结果及解决方案提示，所述串口通信接口模块，可使显示模块所显示数据通过此模块进行交互。

实施方式具体为：实施一

1、被测电机(1)的三相电机线连接第二电机驱动模块，编码器线(A+/A-， B+/B-)连接编码器测试模块，霍尔信号(U,V,W)连接霍尔检测模块；主动电机(4)连接第一电机驱动模块；

2、控制模块发出控制指令，经过第一电机驱动模块，使主动电机(4) 顺时针旋转1圈；通过相电压检测模块、编码器接收模块、霍尔接收模块，采集被动电机的相电压、编码器信号、霍尔信号，通过相应算法，A)计算出相电压的幅值、频率以及三相电压之间的相角度，B)计算出编码器信号的电平电压值、AB正交信号正交角度误差、脉宽均匀度、线数；C)计算UVW三路霍尔信号相位角度、均匀度、电平电压值、边沿总数；

3、检测电机的相电阻、想电感，使第一电机驱动模块无效情况下，控制模块发出控制指令，经过第二电机驱动模块，使被测电机1通电，通过相电流检测模块，检测相电流大小，通过电阻、电感检测算法计算出相电阻和相电感；

4、通过上述2/3采集数据，与预先设置好的判断条件相比较，给出最终结果并作出相应判断，并通过显示模块显示或串口通信模块读取；

实施二

1、被测电机1的三相电机线连接第二电机驱动模块，编码器线(A+/A-， B+/B-)连接编码器测试模块，霍尔信号(U,V,W)连接霍尔检测模块；

2、控制模块发出控制指令，经过第二电机驱动模块，使被测电机(1) 逆时针旋转1圈；通过相电流检测模块、编码器测试模块、霍尔测试模块，采集被动电机的相电流、编码器信号、霍尔信号，通过相应算法，A)计算相电流的幅值、频率以及三相电流之间的相角度，计算电机的电阻与电感B)计算编码器信号的电平电压值、AB正交信号正交角度误差、脉宽均匀度、线数； C)计算UVW三路霍尔信号相位角度、电平电压值；

3、通过上述采集数据，与预先设置好的判断条件相比较，给出最终结果并作出相应判断，并通过显示模块显示或串口通信模块读取；

实施三

编码器信号，供电电压VDD为5V(以此电压为例)，以1024线AB正交增量式编码器为例，被测电机1顺时针旋转，判断步骤：

1、采集到高电平电压>0.8*VDD，判断高电平电压正常，反之，判断异常；低电平电压<0.1*VDD，判断低电平电压正常，反之，判断异常；

2、正交相位标准为90°，通过一圈(比如1024线编码器，即有1024个正交方波)，计算最大相位差和最小相位差，最大相位差<100°，最小相位差>80°，即判断正常，反之，异常；

3、脉宽均匀度，即1024个方波的频率一致性，此性能会影响到电机反馈速度的准确性，计算最大频率、最小相频率、平均频率，与参考频率相比，计算出最大频率误差值和偏移误差量，最大频率误差值<±10％，偏移误差<± 2％，即判断正常，反之，异常；

4、编码器线数，即1024线，对应一圈输出4096个脉冲量，采集脉冲量个数，<±2脉冲量，即正常，反之，异常；

上述2,3,4，在被测电机(1)逆时针旋转时同时检测，作为正反转的一致性的判断，通过上述检测，可以判断编码器信号的输出电压幅值、脉冲数最大允许误差、正交度是否满足设计要求。

实施四

霍尔信号，供电电压VDD为5V(以此电压为例)，以120°放置霍尔，10 对极的被测电机1为例，顺时针旋转，判断步骤：

1、采集到高电平电压>0.8*VDD，判断高电平电压正常，反之，判断异常；低电平电压<0.1*VDD，判断低电平电压正常，反之，判断异常；

2、三相相位标准为120°，通过一圈(比如10对极电机，即有10组相位差为120°的霍尔信号，60个脉冲量)，计算最大相位差和最小相位差，最大相位差<125°，最小相位差>115°，即判断正常，反之，异常；

3、脉宽均匀度，即10个方波的频率一致性，此性能会影响到电机换相的平滑度，计算最大频率、最小相频率、平均频率，与参考频率相比，计算出最大频率误差值和偏移误差量，最大频率误差值<±10％，偏移误差<±2％，即判断正常，反之，异常；

4、霍尔信号个数，即10对极电机，对应一圈输出60个脉冲量，采集脉冲量个数，等于60，即正常，反之，异常；

上述2,3,4，在被测电机1逆时针旋转时同时检测，作为正反转的一致性的判断，通过上述检测，可以判断霍尔信号的输出电压幅值、脉冲个数、120°相位差均匀度是否满足设计要求。

实施五

相电压检测，以10对极的被测电机1为例，顺时针旋转，判断步骤：

1、三相相电压分别采集1024点，进行拟合，对比三条曲线的峰峰值、相位角；

2、三相相位标准为120°，通过一圈(即有10组相位差为120°的电压信号，60个正弦波)，计算最大相位差和最小相位差，最大相位差<125°，最小相位差>115°，即判断正常，反之，异常；

3、周期均匀度，即10个正弦波的频率一致性，计算最大频率、最小相频率、平均频率，与参考频率相比，计算出最大频率误差值和偏移误差量，最大频率误差值<±10％，偏移误差<±2％，即判断正常，反之，异常；

上述2,3,4，在被测电机1逆时针旋转时同时检测，作为正反转的一致性的判断，通过上述检测，可以判断电机结构均匀度、绕组匝数一致性是否满足设计要求。

实施六

相电流检测，以10对极的被测电机(1)为例，顺时针旋转，判断步骤：

1、分别给三相绕组通相同大小电流，根据电流响应时间、相电压，计算电机电感与电阻，对比三相电阻与电感，计算三者偏差值，判断电机绕组的平衡性；

2、三相相位标准为120°，通过一圈(即有10组相位差为120°的电流信号，60个正弦波)，计算最大相位差和最小相位差，最大相位差<125°，最小相位差>115°，即判断正常，反之，异常；

3、周期均匀度，即10个正弦波的频率一致性，计算最大频率、最小相频率、平均频率，与参考频率相比，计算出最大频率误差值和偏移误差量，最大频率误差值<±10％，偏移误差<±2％，即判断正常，反之，异常；

上述2,3,4，在被测电机1逆时针旋转时同时检测，作为正反转的一致性的判断，通过上述检测，可以判断电机结构均匀度、绕组匝数一致性是否满足设计要求。

综合上述6中实施方案，可以确定电机参数及编码器信号、霍尔信号是否正常，如正常，为了做出更加准确的对比结果，可以再次进行实施六

控制模块直接控制电机作开环运行，霍尔信号、编码信号不反馈，重新采集编码器、霍尔信号，重复实施方案三及实施方案四采集办法，得出测试结果，与参考值、实施方案三及实施方案四测试值对比，验证编码器、霍尔信号的可靠性。

工作原理：所述控制模块，发送指令控制第一电机驱动模块使主动电机 (4)完成指定运行动作；发送指令控制第二电机驱动模块使被测电机1完成指定运行动作；接收编码器接收模块的电压信号，计算编码器线数、高低电平的电压幅值、脉宽均匀度、正交度，与参考值对比做出相应判断结果；接收霍尔接口模块的电压信号，计算霍尔线数、高低电平的电压幅值、脉宽均匀度、相位差，与参考值对比做出相应判断结果；接收相电压检测模块的电压信号，计算电机每一相的电压幅值、频率、相位角度差，与参考值对比做出相应判断结果；接收相电流检测模块的电压信号，计算电机每一相的电流幅值、频率、相位角度差，与参考值对比做出相应判断结果；同时通过相电压和相电流计算出电机的相电阻和想电感，与参考值对比做出相应判断结果；并将上述检测的结果，通过触摸屏模块显示出来，也可以通过串口通信接口与PC或其他控制器交互。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种电机及编码器信号诊断测试系统，包括测试机构及控制系统，其特征在于，测试机构包括主动电机(4)、连杆机构(3)、被测电机(1)；控制系统包括第一电机驱动模块、第二电机驱动模块、编码器接收模块、霍尔接收模块、相电压检测模块、相电流检测模块、触摸屏模块、串口通信接口模块及控制模块。

2.根据权利要求1所述的一种电机及编码器信号诊断测试系统，其特征在于：所述主动电机(4)，用于带动所述连杆机构(3)，使被测电机(1)运行跟随相应运动。

3.根据权利要求1所述的一种电机及编码器信号诊断测试系统，其特征在于：所述连杆机构(3)，连接主动电机(4)与被测电机(1)。

4.根据权利要求1所述的一种电机及编码器信号诊断测试系统，其特征在于：所述被测电机(1)，包含伺服电机，轮毂电机，步进电机，所述第一电机驱动模块，给主动电机(4)提供功率驱动。

5.根据权利要求1所述的一种电机及编码器信号诊断测试系统，其特征在于：所述第二电机驱动模块，给被测电机(1)提供功率驱动，所述编码器接收模块，连接被测电机(1)的编码器，将编码器的信号传至控制模块。

6.根据权利要求1所述的一种电机及编码器信号诊断测试系统，其特征在于：所述霍尔接收模块，连接被测电机(1)的霍尔信号，将其传至控制模块，所述相电压检测模块，检测电机相电压，并传至控制模块。

7.根据权利要求1所述的一种电机及编码器信号诊断测试系统，其特征在于：所述相电流检测模块，检测电机相电流，并传至控制模块。

8.根据权利要求1所述的一种电机及编码器信号诊断测试系统，其特征在于：所述触摸屏模块，显示电机相电压、电机相电流、编码器信号、霍尔信号、判断结果及解决方案提示。

9.根据权利要求1所述的一种电机及编码器信号诊断测试系统，其特征在于：所述串口通信接口模块，可使显示模块所显示数据通过此模块进行交互。

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