圓筒型直線電動(dòng)機(jī)的速度及起動(dòng)推力測(cè)試
劉元江1，張永華1，任慶昌2
(1．西安交通大學(xué)，陜西 西安710049；2．西安建筑科技大學(xué)，陜西 西安710055)
摘 要：介紹圓筒型直線電動(dòng)機(jī)的瞬態(tài)速度、起動(dòng)推力的測(cè)試原理及其實(shí)現(xiàn)電路。實(shí)際應(yīng)用表明，整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，測(cè)量精度高。
關(guān)鍵詞：直線電動(dòng)機(jī)；速度；推力；測(cè)試
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼；a 文章編號(hào){1001-6848(1999)02-0033-02
直線電動(dòng)機(jī)一般當(dāng)作短行程的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，往往工作在非穩(wěn)定狀態(tài)。為了更好地研究此種電機(jī)的動(dòng)態(tài)過程，對(duì)其瞬態(tài)速度、瞬態(tài)推力的精確測(cè)量尤其重要。
目前，測(cè)量旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的手段很多而且先進(jìn)。一般采用脈沖發(fā)生器作為轉(zhuǎn)速的測(cè)量環(huán)節(jié)。許多線速度的測(cè)量就是通過轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速的測(cè)量而解決。例如，金屬帶試驗(yàn)法和輪子試驗(yàn)法是測(cè)量平板型和圓弧型直線電動(dòng)機(jī)速度常用的方法[1]，它們都是通過將直線電動(dòng)機(jī)的線速度轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速測(cè)量的。從這一思想出發(fā)，利用一個(gè)安裝在圓筒型直線電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)級(jí)上的橡膠滾輪，將直線電動(dòng)機(jī)的線速度轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速，通過測(cè)量轉(zhuǎn)速而得到直線電機(jī)的線速度。
直線電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程很快，測(cè)取這一短暫過程中的動(dòng)態(tài)推力，一般是將推力信號(hào)變成電信號(hào)，再送住其它測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量[2，3]。本文針對(duì)電機(jī)起動(dòng)過程快、推力變化快的特點(diǎn)，利用pc機(jī)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采集。實(shí)驗(yàn)表明，使用的測(cè)速、測(cè)力方法測(cè)量準(zhǔn)確、可靠、簡(jiǎn)單易行。
1 測(cè)量系統(tǒng)的組成
測(cè)量系統(tǒng)主要由直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、光電編碼器、定時(shí)／計(jì)數(shù)器電路、測(cè)力傳感器、a/d電路和pc機(jī)組成，框圖如圖l所示。
直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路主要實(shí)現(xiàn)在一定頻率、電壓下，直線電動(dòng)機(jī)作正反向運(yùn)行。電機(jī)運(yùn)行的頻率、電壓、起動(dòng)時(shí)間等都可以通過對(duì)富士變頻器fvr -g7s的設(shè)定來(lái)確定。在電機(jī)軌道兩端安裝行程開關(guān)，利用行程開關(guān)的開與閉給驅(qū)動(dòng)電路提供輸人信號(hào)，由變頻器的輸出驅(qū)動(dòng)直線電動(dòng)機(jī)往復(fù)運(yùn)行。
選用lhb-001-2500型光電編碼器。該光電編碼器精度高，輸出2500脈沖／r。光電編碼器與橡膠滾輪同軸，一起安裝在直線電機(jī)的運(yùn)動(dòng)級(jí)上。為防止橡膠滾輪打滑，在支架上下部分采用螺栓和彈簧支撐。當(dāng)電機(jī)作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過橡膠滾輪帶動(dòng)編碼器，從而輸出相應(yīng)頻率的脈沖。
利用8253及8255組成一個(gè)多功能定時(shí)／計(jì)數(shù)微電機(jī) 1999年 第32卷 第2期（總第107期）板，直接插入pc機(jī)的擴(kuò)展槽中。板上的時(shí)鐘頻率定為2mhz，8253的16位計(jì)數(shù)器0作為定時(shí)器用，計(jì)數(shù)器1作為對(duì)內(nèi)部脈沖計(jì)數(shù)用，計(jì)數(shù)器2作為對(duì)光電編碼器發(fā)出的脈沖計(jì)數(shù)。將8255的三個(gè)口的輸入／輸出作為8253的門控及輸入／輸出。
選用gyl-3型應(yīng)變式測(cè)力傳感器，將傳感器一端固定，另一端與電機(jī)的運(yùn)動(dòng)級(jí)水平相連。當(dāng)電機(jī)起動(dòng)時(shí)，電機(jī)的推力作用在傳感器上。
a/d轉(zhuǎn)換電路分辨率為12位，考慮軟件和采／保電路時(shí)間，通過率為12khz。
2測(cè)試原理
2.1速度測(cè)試原理
在轉(zhuǎn)速測(cè)量中，有測(cè)頻法和測(cè)周法兩種。測(cè)頻法適用于高速測(cè)量，測(cè)周法適用于低速測(cè)量。本文綜合兩種方法的特點(diǎn)，應(yīng)用測(cè)頻測(cè)周綜合法測(cè)量直線電機(jī)的速度.
光電編碼器編碼數(shù)為z，橡膠滾輪外徑為d，在給定采樣周期t內(nèi)，光電編碼器發(fā)出的脈沖數(shù)為n，則直線電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度為：
利用定時(shí)／計(jì)數(shù)器板上頻率為，。- 2mhz的時(shí)鐘脈沖對(duì)采樣周期計(jì)數(shù)，得計(jì)數(shù)值n2，則定時(shí)時(shí)間為t，綜合以上兩式，得：
只要在采樣時(shí)間t內(nèi)，對(duì)光電編碼器發(fā)出的脈沖和頻率時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，兢可以得出速度。
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