多功能實(shí)用電機(jī)測(cè)試線路
崔淑梅 鄭 萍 朱春波 程樹康（哈爾濱工業(yè)大學(xué)150001）
1引言
在電機(jī)的測(cè)試中，經(jīng)常要進(jìn)行位置（或角度）及速度的測(cè)試。光電編碼器由于既可作速度信號(hào)傳感器，又可作位置信號(hào)傳感器，且精度高，無(wú)疑是這類傳感器的優(yōu)選者。選擇了傳感器并不意味著就可以做實(shí)驗(yàn)、測(cè)數(shù)據(jù)了。因?yàn)楸仨殞?duì)傳感器的信號(hào)進(jìn)行處理，才能得到想要的信息。而在科研和生產(chǎn)中，有時(shí)并沒(méi)有必要由此制作一個(gè)系統(tǒng)或一臺(tái)儀器。因?yàn)樘M(fèi)時(shí)費(fèi)力。因而設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的光電編碼器后續(xù)電路。利用該線路再配上一些通用儀器設(shè)備就可以做很多電機(jī)實(shí)驗(yàn)。
2原理及組成
圖1是這個(gè)測(cè)試線路的框圖。信號(hào)整理部分將光電編碼器送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，以供后兩部分利用。位置信號(hào)形成部分負(fù)責(zé)將經(jīng)過(guò)整理后的傳感器 的頻率信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。速度信號(hào)形成部分完成將頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為代表電機(jī)速度的電壓信號(hào)的任務(wù)，其轉(zhuǎn)速方向由電壓正負(fù)表示。
2.1信號(hào)整理部分
包括整形辨向電路及分頻電路。因?yàn)楣怆娋幋a器的輸出信號(hào)為兩路相位相差90度的信號(hào)a、b，如圖2所示。要得到正、反向信號(hào)，要進(jìn)行整形、辨向，可用圖3所示電路實(shí)現(xiàn)。
因?yàn)楸粶y(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍不同，所用編碼器精度是一定的，而f/v轉(zhuǎn)換頻率及計(jì)數(shù)器位數(shù)有限；為了與不同精度的編碼器相配合，測(cè)試不同的速度，需配以分頻電路。這部分可根據(jù)需要選用不同倍數(shù)的分頻器。圖4是一由三片雙10進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls390組成的兩路1 000分頻的分頻器。從不同的引腳引出可得到不同的分頻數(shù)。以x路為例，分別從每片74ls390的a端，可得到10分頻，100分頻，1 000分頻。
若系統(tǒng)配有單片機(jī)，可采用8253或8254可預(yù)置數(shù)計(jì)數(shù)器來(lái)做分頻器，實(shí)現(xiàn)任意分頻，這樣可節(jié)省硬件。
也可用其它結(jié)構(gòu)分頻器，但需注意芯片的帶寬，即可用的****頻率。因?yàn)槿綦姍C(jī)轉(zhuǎn)速較高，而編碼器也采用較高精度，則脈沖信號(hào)的頻率將很高。如電機(jī)轉(zhuǎn)速為5 000r/min，編碼器一圈輸出脈沖數(shù)為36 000，則來(lái)自傳感器的信號(hào)頻率為：(5000/60)×36000-3mhz
2.2位置信號(hào)形成部分
與電機(jī)軸同軸的光電編碼器輸出與轉(zhuǎn)角（或轉(zhuǎn)速）有關(guān)的正余弦信號(hào)。經(jīng)整形辨向電路分離為與轉(zhuǎn)角成比例的正向脈沖信號(hào)和反向脈沖信號(hào)，這兩路信號(hào)送到可逆計(jì)數(shù)器，得到電機(jī)位置的數(shù)字量累積，然后經(jīng)過(guò)變換變?yōu)槟Ｋ屏�，最后由增益放大調(diào)節(jié)電路，變?yōu)檫m于顯示的代表位置的電壓信號(hào)。
本部分電路還包括位置預(yù)置電路。通過(guò)8位開關(guān)預(yù)置一個(gè)位置，加法器將給定位置與現(xiàn)位置（通過(guò)鎖存器記憶的計(jì)數(shù)器數(shù)值）相加，由控制脈沖控制，送入計(jì)數(shù)器，即給計(jì)數(shù)器置數(shù)。單穩(wěn)電路是為可靠置數(shù)設(shè)置的。另外還可通過(guò)電踣實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的清零。
該部分一個(gè)實(shí)用的線路，如圖5所示。
可逆計(jì)數(shù)器選用2個(gè)4位加減可逆計(jì)數(shù)器74ls193。4568為雙4位數(shù)鎖存器，用來(lái)鎖存計(jì)數(shù)器的數(shù)值。用二個(gè)4位超前進(jìn)位全加器4008做加法器。4528為雙單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，使計(jì)數(shù)器可靠清零、置數(shù)用。d/a選用8位d/a，如dac0800即可。
利用該部分線路，可測(cè)試與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)位置（轉(zhuǎn)角）有關(guān)的項(xiàng)目。如單步響應(yīng)、步距精度等。測(cè)試時(shí)，只需將傳感器與該部分線路接好。驅(qū)動(dòng)電機(jī)，按要求運(yùn)行，用示波器或電壓表從a端可獲得電機(jī)的轉(zhuǎn)角信號(hào)。
2.3速度信號(hào)形成電路
頻率／電壓轉(zhuǎn)換器將來(lái)自分頻器的代表正、反速率的兩路脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋�(gè)與速率成正比的電壓信號(hào)，然后由加法電路實(shí)現(xiàn)正、反加減，最后得到一個(gè)具有正負(fù)的電壓信號(hào)。電壓的大小表示速度的大小，正、負(fù)表示速度的方向。將此信號(hào)接于示波器或電壓表即可觀察，測(cè)試電機(jī)的速度。具體線路見圖6。
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