伺服電動機(jī)機(jī)電時間常數(shù)的微機(jī)測試
胡家華 高蘇華（哈爾濱機(jī)電�？茖W(xué)校）
O引 言
時間常數(shù)是衡量伺服電動機(jī)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(shí)際測量的方法來得到實(shí)際的時間常數(shù)。
伺服電機(jī)機(jī)電時間常數(shù)的定義是：電機(jī)空載，在電機(jī)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(jī)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(shí)際中理想空載轉(zhuǎn)速是無法測量的，故用同樣條件下的實(shí)際空載轉(zhuǎn)速來代替理想空載轉(zhuǎn)速。機(jī)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(jī)發(fā)電機(jī)法，用光電示波器將直流伺服電機(jī)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(jī)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(jī)的機(jī)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(jī)測量直流伺服電機(jī)機(jī)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(jī)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(jī)，該微型打印機(jī)的特點(diǎn)可和多種微處理器連接，使用單一的+5V電源。它和主機(jī)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(jī)系統(tǒng)。TIL117輸入端接地點(diǎn)和單片機(jī)系統(tǒng)接地點(diǎn)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(jī)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(jī)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(jī)過渡過程理論可知，電機(jī)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(shí)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(jī)的轉(zhuǎn)速，就接近空載轉(zhuǎn)速，因此式(4)可以簡化為
電機(jī)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(jī)內(nèi)，可方便的進(jìn)行有關(guān)計算。
單片機(jī)測量系統(tǒng)在測量時間常數(shù)TM時，首先由單片機(jī)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(jī)S，相當(dāng)于在電機(jī)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(jī)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(jī)的同時，單片機(jī)內(nèi)部計時器開始計時間，一直到To口測得電機(jī)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(jī)，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(jī)打印出數(shù)值和曲線。
3系統(tǒng)軟件
脈沖進(jìn)行計數(shù)，并由計算程序換算為轉(zhuǎn)速值，轉(zhuǎn)速值一方面送到LED顯示，另一方面送到數(shù)據(jù)存貯區(qū)存貯，以便數(shù)據(jù)打印和測試系統(tǒng)的軟件主要包括主程序、檢測程序、中斷服務(wù)程序、各種運(yùn)算程序、顯示曲線擬合。當(dāng)轉(zhuǎn)速到達(dá)空載轉(zhuǎn)速時，計時器停止計時，系統(tǒng)進(jìn)入中斷狀態(tài)。檢測程序框掃描和打印管理程序。
主程序：進(jìn)行初始化和空載轉(zhuǎn)速no的測取，并將no值送一單元存貯以備判斷比較程序用。空載轉(zhuǎn)速測定后，主程序要通過TIL117控制接觸器ZC使電機(jī)停轉(zhuǎn)，并做好時間常數(shù)TM的準(zhǔn)備。主程序包括一段軟件定時程序，該程序的目的是控制測定no以后停機(jī)到開始測取TM重新啟動電機(jī)之間的時間，該時閡可根據(jù)需要任意設(shè)定。主程序框圖如圖4所示。
檢測程序、測取rM時，首先由檢測程序發(fā)出指令，通過TIL117使接觸器ZC吸合，啟動直流伺服電機(jī)S，同時內(nèi)部計時器開始計時，To口開始對激光速度傳感器發(fā)
中斷服務(wù)程序：中斷程序中首先通過TlL117控制直流接觸器ZC釋放，使電機(jī)停轉(zhuǎn)。然后調(diào)用數(shù)據(jù)處理程序，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和曲線擬合，并把得到的時間常數(shù)TM送到LED顯示，打印機(jī)打印出數(shù)據(jù)和函數(shù)曲線。
4結(jié)語
用單片微型計算機(jī)組成的直流伺服電機(jī)機(jī)電時間常數(shù)丁肘測試系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)比較簡單，構(gòu)成系統(tǒng)的成本比較低，測試又方便。整個系統(tǒng)的測試精度主要取決于前置端轉(zhuǎn)速曲線非常接近實(shí)際情況。
由于前置端轉(zhuǎn)速的測量采用的是激光源、光電管傳感技術(shù)，電機(jī)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)就輸出36個光電脈沖。因此，轉(zhuǎn)速的檢測是比較精確的。
參考文獻(xiàn)
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