一種新的步進電動機步距精度測試系統

王宗培  鄭大鵬  王  英(哈爾濱工業大學)

1概述

步距角精度是步進電動機的一項重要指標。步進電動機研究、制造和應用部門一直關注使用方便而又有足夠精度的步距精度測試儀器。原則上，任何一種精密測角儀器都可用來測試步進電動機的步距角及精度，但實際應用很不方便，也不經濟。我國正式的步距精度測試儀最早是北京精密機床研究所研制，70年代在北京微電機廠應用。所用的傳感器是有10800道刻線的光柵盤，線間距為2’，4細分后其測角分辨率為o．5’(30")。由于光柵盤尺寸較大，該系統不適用于小型的步進電動機。由于分辨率不高，也難滿足高分辨率步進電動機精度測試的要求，例如新的九相混合式步進電動機的步距角可以小到只有2^[1]，更不要說采用微驅動的情況了。80年代，西安微電機研制所制造和使用的步距精度測試儀基本上和上述系統相同。還采用過以多極旋變作為傳感器的步距精度測試系統^[2]。該系統的分辨率可以較高，但既使是高精度的多極旋變，運行狀態的實際精度也難以高出30"。

    本文介紹的步距精度測試系統(其原理框圖見圖1)的特點在于，它不是采用角位移傳感器，而是采用角速度傳感器，角速度采樣積分后獲得角位移值。角位移傳感器的分辨率和精度是固定的，很可能對步距角較大的電動機已足夠了，而對于步距角相當小的電動機就顯得不夠。采用角速度傳感器時，它的分辨率和訊號處理環節的放大倍數有關，可以調節。因此既使步距角很小，也同樣可以勝任。

2測試系統的原理

    新的測試系統的原理框圖如圖1所示。這是一個角速度瞬時值的采樣系統，角速度訊號由一臺與被測電機同軸聯接的精密直流測速發電機獲得，所用的直流測速發電機的輸出特性如圖2所示。該系統利用現成的pc機，加上對訊號的濾波、放大、a／d轉換及軟件等。

由pc機發出一個控制訊號脈沖，步進電動機便走一步，同軸聯接的測速發電機的電壓輸出訊號v¹，正比于步進電動機單步響應過程中的瞬時角速度ω。ν¹經放大濾波變為ν²，再經a／d轉換為數字量送給微機處理，由此可直接得到角速度的單步響應特性(ω-t)，是一條衰減的振蕩曲線。將采集的角速度數據進行積分后輸出，便得到角位移的單步響應特性(θ-t)，它同時得到步距角的值。讓pc機發出一系列訊號cp脈沖，且讓這些脈沖的間隔時間大于被測電動機的單步響應停止時間，便可測出一系列步距角的值，從而得出步距誤差和位置誤差的值，即電動機的精度。

    通常，步距精度測試儀的精度主要取決于傳感器的精度和分辨率，例如光柵盤或多極旋變等角位移傳感器的精度和分辨率。現在采用角速度訊號，似乎主要與測速發電機的精度有關。但是，由于新的測試系統采取了自動定標的方法^[3]，幾乎可把傳感器及測試線路等引起的誤差消除掉。這種自動定標的方法，利用了步進電動機的步距誤差不會長期積累的特點，即測很多步時其平均步距角將是很標準的，用它來定標實際步距角的值，其精確度顯然是很高的。理論上，如果測試線路很完善，干擾很少，且穩定性良好，測試誤差將主要只有a／d轉換的量化誤差。采用較一般的8位a／d轉換器，在滿量程應用時量化誤差約o．4％，對于步距角測量，精度已經足夠高。由于檢測的訊號是經放大以后再進行a／d轉換，步距角減小時，實際檢測訊號相應減小，但調整放大倍數后仍可使送到a／d轉換處的訊號基本不變，測試系統的相對誤差也就基本不變。這等于說，隨著被測電機步距角的減小，測試系統的****值(角位移)精度隨之提高，所以被測電機的步距角既使相當小，用新的系統測試時，也同樣能夠勝任。

3試驗舉例

    被測電機是一臺130byg9100d型九相7昆合式步進電動機(杭州哈杭電伺服技術公司生產)。該電動機保持轉矩tk≥30nm，相電流，i=10a，配套驅動器smi)一90610型(杭州哈杭電伺服技術公司生產)，功放級電壓由交流60v整流后供給，牽出轉矩tp．o≥20nm(n<5r／s時)，步距角θb=2’～0．9。可變。測試時電動機以步距角鞏===0．06。(3．6’)運行。九相電動機以6000步／r，即θb=o．06。的分配方式，按通常的思路是不可能實現的。我們采取特殊的方法，實際上電動機的步距角是按四步θb=4’加一步θb=2定，只不過平均步距角θb=3．6’。用本文介紹的系統實測的一組步距角數據如附表所示。

    用本文的方法測步進電動機的步距角時，不僅僅能測出步距角的值，而且