高精度便攜式轉(zhuǎn)速測量儀
王海峰(哈爾濱電工學(xué)院)
1 引言
隨著電機(jī)控制技術(shù)的不斷進(jìn)步,對電機(jī)轉(zhuǎn)速測量的精度和頻率響應(yīng)的要求越來越高[1,2]。目前廣泛應(yīng)用的轉(zhuǎn)速測量儀器高精度的測量很復(fù)雜,傳感器與電機(jī)轉(zhuǎn)軸的安裝較困難,有時根本無法實(shí)現(xiàn),而較簡單的測量方法又無法得到高精度的轉(zhuǎn)速測量值。為此設(shè)計一種簡便、快速、高精度便攜式的電機(jī)轉(zhuǎn)速測量儀。
2測量原理
為了實(shí)現(xiàn)高精度的測量,轉(zhuǎn)速傳感器選用光學(xué)編碼器,編碼器的轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周,在編碼的信號輸出端將產(chǎn)生2400個矩形脈沖,通過對編碼器輸出脈沖進(jìn)行計數(shù)和脈沖周期的測量,即可測得與編碼器同軸的電機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速和瞬態(tài)轉(zhuǎn)速,可達(dá)到很高的測試精度。 很多的測量場合都為在線測量,在電機(jī)軸端安裝固定式傳感器不方便,所以考慮采用手持式,依靠編碼器傳動軸與被測電機(jī)軸端的摩擦實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的傳遞。為了避免編碼器振動與損壞,傳動軸與編碼器的連接采用軟連接方式。為了保證傳動軸端與被測電機(jī)軸端有足夠的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩,使轉(zhuǎn)速測量準(zhǔn)確,為此設(shè)計了如圖1所示的軟連傳動裝置。
采用圖1所示的軟連裝置,既可以保證測量的準(zhǔn)確性,又可以避免旋轉(zhuǎn)編碼器受力損壞,同時在使用中簡便易行,與MCS~96單片計算機(jī)可構(gòu)成完善的各種速度測量裝置,可廣泛應(yīng)用于電機(jī)控制與制造領(lǐng)域。
3硬件組成
本測量裝置由MCS一8098單片計算機(jī)、旋轉(zhuǎn)光學(xué)編碼器、輸入整形電路和顯示電路構(gòu)成,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
考慮到有些測量需保留整個測量過程的轉(zhuǎn)速值,數(shù)據(jù)量較大,系統(tǒng)配置8K E—PROM2764,8K RAM,MCS一8098為復(fù)用總線,用74LS373實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與地址低8位的分離,MCS一8098的ALE信號有效時,74LS373的輸出鎖定數(shù)據(jù)為地址總線的低8位。裝置的顯示部分由共陰極LED數(shù)碼管實(shí)現(xiàn),74LS273八D鎖存器輸出鎖存字型碼,HS02~HSO5為MCS一8098高速輸出信號引腳,用其輸出數(shù)碼顯示位的選擇。
電機(jī)轉(zhuǎn)速信號是由編碼器測出的,編碼器的輸出經(jīng)過整形電路后變成矩形脈沖。這一信號分別送入HSIo和HSIi,HSI為高速輸入引腳。HSI0設(shè)置為計數(shù)工作方式,對轉(zhuǎn)速脈沖信號進(jìn)行計數(shù),HSI1設(shè)置為定時工作方式,對轉(zhuǎn)速脈沖計數(shù)時間進(jìn)行定時及轉(zhuǎn)速脈沖的周期進(jìn)行測量,從而測得電機(jī)穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)的轉(zhuǎn)速值。
4軟件編制
編碼器的輸出為一系列脈沖信號(見圖3),其分度是非常精確的。對電機(jī)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的測量可以計數(shù)單位時間內(nèi)編碼器的輸出脈沖數(shù)。設(shè)在tc時間內(nèi)計數(shù)的脈沖數(shù)為N1,則有下述算式:
式(1)中nc為被測電機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速。通常可以取定時時間tc為1s。設(shè)由MCS一8098的高速輸入引腳HSIo.對編碼器的輸出脈沖計數(shù),在計數(shù)的起始時刻啟動HSI。腳開始定時,定時1s后引起中斷,并讀入HSI。腳輸入脈沖的計數(shù)值。經(jīng)過式(1)的運(yùn)算即可得出穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速值。電機(jī)穩(wěn)態(tài)速度測量軟件框圖如圖4所示。
當(dāng)對被測電機(jī)的瞬態(tài)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量時,考慮到編碼器的分度非常精確,為提高測量的頻率響應(yīng)可以測量編碼器輸出脈沖的一個脈沖的周期。通過運(yùn)算得出電機(jī)的瞬態(tài)轉(zhuǎn)速。設(shè)編碼器輸出脈沖的周期為tc,則有電機(jī)的瞬態(tài)轉(zhuǎn)速nv:
在對電機(jī)的瞬態(tài)轉(zhuǎn)速測量時,MCS一8098的HSI。引腳作為計數(shù)器輸入,且設(shè)定為上升沿有效,同時編碼器的輸出脈沖接至HSI1引腳。這一上升沿在計數(shù)有效的時刻觸發(fā),使定時器開始定時,當(dāng)HSI。接收到下一個脈沖的上升沿時刻引起中斷,同時讀出定時時間值,即可計算出被測電機(jī)的瞬時轉(zhuǎn)速值。
5結(jié)語
該測量裝置操作簡便,測量準(zhǔn)確,采用光學(xué)編碼器為轉(zhuǎn)速傳感器,并設(shè)計為非固定安裝式,擴(kuò)大了裝置的使用范圍。該裝置可對各類電機(jī)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)轉(zhuǎn)速的快速測量,在電的科研與生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用價值.
參考文獻(xiàn)
1王宗培,陳敏祥,姜淑忠.可變步距角混合式步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng).電工電能 |