伺服系統(tǒng)性能測試臺的研究與開發(fā)
樊留群， 萬德科
（同濟大學(xué)中德學(xué)院，上海200092）
摘要：機電設(shè)備對伺服驅(qū)動系統(tǒng)在精度和動態(tài)特性等方面的要求越來越高，采用虛擬儀器技術(shù)，建立了基于美國國家儀器有限公司( ni)的數(shù)據(jù)采集卡和lahview的伺服系統(tǒng)性能測試臺。通過測試臺控制系統(tǒng)向伺服系統(tǒng)發(fā)送不同的運動控制指令，同時對電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和電流等參數(shù)進行采集，從而得到伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能參數(shù)。
關(guān)鍵詞：labview;伺服系統(tǒng)：性能測試
中圖分類號：tm 301.2文獻標(biāo)志碼：a文章編號：1673-6540(2010)07-0016-04
0引言
在伺服驅(qū)動系統(tǒng)的研發(fā)過程中，為滿足伺服驅(qū)動系統(tǒng)的性能要求，不僅要對電機的基本參數(shù)進行測試，還耍進一步檢測伺服驅(qū)動系統(tǒng)內(nèi)部的電流環(huán)和速度環(huán)的控制性能。本文采用虛擬儀器技術(shù)建立伺服系統(tǒng)性能測試臺，降低系統(tǒng)的開發(fā)成本和周期，方便對伺服系統(tǒng)性能的測試和分析。
l 測試臺功能分析
在采用手動操作的傳統(tǒng)電機性能測試方法中，存在著測試時間不同步、人為因素影響大及工作效率低等缺點。本文采用美國國家儀器有限公司( ni)的pci6251數(shù)據(jù)采集卡為核心，并結(jié)合labview軟件來開發(fā)伺服系統(tǒng)性能測試臺，其主要功能如下：
(1)手動或自動設(shè)置伺服電機的目標(biāo)轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩；
(2)實時檢測伺服電機轉(zhuǎn)速；
(3)實時檢測伺服電機輸出轉(zhuǎn)矩；
(4)實時檢測伺服驅(qū)動輸出電流；
(5)計算穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速波動、穩(wěn)態(tài)（零速）轉(zhuǎn)矩波動、穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的穩(wěn)態(tài)誤差；
(6)計算在各種測試給定模式下電機轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩的超調(diào)量、上升時間、穩(wěn)定時間；
(7)根據(jù)測試需求，具有良好的系統(tǒng)可擴展性。
與傳統(tǒng)測試方法相比，基于虛擬技術(shù)的測試平臺省去了如顯示儀表等許多測試系統(tǒng)必需的硬件；其測試過程完全由計算機自動完成，速度快、精度高、大大提高了工作效率；另外，還能儲存試驗數(shù)據(jù)以備查詢回放，繪制試驗曲線，以及打印試驗報告。
2測試臺組成
2.1硬件組成
如圖1 所示，測試臺硬件部分主要由待測電機、模擬負(fù)載、各種傳感器、數(shù)據(jù)采集卡，以及裝有l(wèi)abview軟件的計算機組成。
(1)傳感器。傳感器將待測參數(shù)的測量值轉(zhuǎn)換成可用的電輸出信號。該測試臺中，與負(fù)載電機同軸相聯(lián)的旋轉(zhuǎn)編碼器將待測電機的轉(zhuǎn)速值轉(zhuǎn)換成正交脈沖信號；而待測電機的輸出轉(zhuǎn)矩值則是通過扭力傳感器轉(zhuǎn)換成10 k+5 k的脈沖信號；伺服驅(qū)動的三路輸出電流經(jīng)電流傳感器( lem)轉(zhuǎn)換成o～25 ma的電流信號后，再經(jīng)過阻值可調(diào)的采樣電阻轉(zhuǎn)變成電壓信號，由pci6251板載的a/d轉(zhuǎn)換器進行同步采樣后得到數(shù)字信號。
(2)數(shù)據(jù)采集卡。該測試系統(tǒng)采用ni公司的pci6251數(shù)據(jù)采集卡。數(shù)據(jù)采集卡主要有3個功能：一是由多路轉(zhuǎn)換開關(guān)完成對多點多通道信號的分時采樣；二是將信號的采樣值由a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為幅值離散化的數(shù)字量，或由u/f轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為脈沖信號以適應(yīng)計算機工作jli；三是通過采集卡上的模擬輸出口對電機的目標(biāo)轉(zhuǎn)速和負(fù)載進行控制。
(3)裝有i，abview軟件的計算機。所有的虛擬儀器都通過labview軟件定制，充分體現(xiàn)了“軟件就是儀器”的理念。隨著測試需求的變化，只要修改相應(yīng)的程序即可適應(yīng)新的需求，易于維護和擴展。
(4)模擬負(fù)載。其由磁粉制動器和穩(wěn)壓電源組成，磁粉制動器和電機同軸相連，而穩(wěn)壓電源為其提供輸入電流。通過裝有l(wèi)abview的計算機和數(shù)據(jù)采集卡來控制穩(wěn)壓電源的輸出電流，從而實現(xiàn)電機輸出轉(zhuǎn)矩的給定。
2.2軟件結(jié)構(gòu)
測試臺軟件部分以labview 8 2為開發(fā)平臺，如圖2所示，主要包括驅(qū)動程序模塊、測試采樣模塊、界面操作和顯示模塊、參數(shù)性能分析模塊、數(shù)據(jù)庫及報表模塊等。下面對各個模塊作簡要介紹。
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