伺服電動機機電時間常數(shù)的微機測試
胡家華 高蘇華（哈爾濱機電�？茖W(xué)校）
o引 言
時間常數(shù)是衡量伺服電動機快速動作的重要動態(tài)性能指標(biāo)。時間常數(shù)可通過計算的方法求得，但是影響時間常數(shù)的因素很多，使得計算出的數(shù)值是一個近似值，還需要用實際測量的方法來得到實際的時間常數(shù)。
伺服電機機電時間常數(shù)的定義是：電機空載，在電機激磁繞組加額定激磁電壓，從加到電樞繞組上一個階躍額定控制電壓信號起至電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速達(dá)到理想空載轉(zhuǎn)速的百分之63.2所需要的時間。實際中理想空載轉(zhuǎn)速是無法測量的，故用同樣條件下的實際空載轉(zhuǎn)速來代替理想空載轉(zhuǎn)速。機電時間常數(shù)一些典型測試方法，按類型可分為直接和間接兩種方法。例如電動機發(fā)電機法，用光電示波器將直流伺服電機的電流、電壓及時間波形拍照下來，如圖l所示，然后作圖間接求出時間常數(shù)，如圖2所示。這種方法比較簡單，但作圖的精度無法保證，誤差比較大。采周單片微型計算機結(jié)合先進(jìn)的激光傳感技術(shù)，就可比較精確的測量伺服電機的機電時間常數(shù)，而且可較好的解決測量元件轉(zhuǎn)動慣性與信號系數(shù)之間的矛盾。
l系統(tǒng)原理框圖
用單片微型計算機測量直流伺服電機機電時間常數(shù)系統(tǒng)原理圖如圖3所示。圖中，單片微型計算機采用mcs-51系列8031型，外接程序存貯器eprom2716。顯示器用4位共陰極led顯示結(jié)果。fd39-gp16為微型打印機，該微型打印機的特點可和多種微處理器連接，使用單一的+5v電源。它和主機之間的信息傳送可采用查詢方式或中斷方式。
til117為光電耦合器，用來控制直流接觸器2c的吸合釋放，同時防止其它干擾信號竄入單片機系統(tǒng)。til117輸入端接地點和單片機系統(tǒng)接地點連在一起。
前置端速度檢測部分由激光源jge、光電管gdg、反射盤fp和支承圓盤組成。36個光電管均勻的分布在支承圓盤上構(gòu)成光電盤，則電機每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，光電盤輸出36個脈沖。反射盤成45度角貼裝在電機軸伸端，其構(gòu)成由輕質(zhì)材料構(gòu)成，則反射盤的轉(zhuǎn)動慣量完全可以忽略。
2系統(tǒng)原理
由伺服電機過渡過程理論可知，電機的轉(zhuǎn)速是一個二階微分方程
在大多數(shù)情況下，特別是有放大器內(nèi)阻與電樞繞組相串聯(lián)時，可忽略不計。于是式(1)可簡化為一階微分方程。
因此一個實際的二階慣性環(huán)節(jié)簡化為一階慣性環(huán)節(jié)， 對式(3)進(jìn)行積分可得
當(dāng)t=3時，電機的轉(zhuǎn)速，就接近空載轉(zhuǎn)速，因此式(4)可以簡化為
電機轉(zhuǎn)速和脈沖數(shù)的關(guān)系
將上面有關(guān)公式編成子程序存入單片機內(nèi)，可方便的進(jìn)行有關(guān)計算。
單片機測量系統(tǒng)在測量時間常數(shù)tm時，首先由單片機的口p20口輸出一個開關(guān)量，通過光電耦合器t//117使直流接觸器zc線圈通電，接觸器zc吸合，啟動直流伺服電機s，相當(dāng)于在電機電樞繞組上，加一額定階躍控制信號。前置端激光速度傳感部分輸出反應(yīng)轉(zhuǎn)速的脈沖信號，該信號經(jīng)lf324放大后直接進(jìn)入單片機8031的計數(shù)口to進(jìn)行計數(shù)，并由計算程序換算成相應(yīng)的轉(zhuǎn)速值送led顯示。啟動直流伺服電機的同時，單片機內(nèi)部計時器開始計時間，一直到to口測得電機轉(zhuǎn)速到空載轉(zhuǎn)速為止。系統(tǒng)進(jìn)入中斷狀態(tài)，在中斷程序，一方面控制zc停止電機，另一方面進(jìn)行數(shù)值處理和曲線擬合，最后把時間常數(shù)tm送led顯示，同時打印機打印出數(shù)值和曲線。
