高精度便攜式轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x
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(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)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(cè)量?jī)x器高精度的測(cè)量很復(fù)雜，傳感器與電機(jī)轉(zhuǎn)軸的安裝較困難，有時(shí)根本無法實(shí)現(xiàn)，而較簡(jiǎn)單的測(cè)量方法又無法得到高精度的轉(zhuǎn)速測(cè)量值。為此設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)便、快速、高精度便攜式的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x。
2測(cè)量原理
為了實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)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(hào)輸出端將產(chǎn)生2400個(gè)矩形脈沖，通過對(duì)編碼器輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)和脈沖周期的測(cè)量，即可測(cè)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(cè)試精度。 很多的測(cè)量場(chǎng)合都為在線測(cè)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(dòng)軸與被測(cè)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(dòng)與損壞，傳動(dòng)軸與編碼器的連接采用軟連接方式。為了保證傳動(dòng)軸端與被測(cè)電機(jī)軸端有足夠的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)速測(cè)量準(zhǔn)確，為此設(shè)計(jì)了如圖1所示的軟連傳動(dòng)裝置。
采用圖1所示的軟連裝置，既可以保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，又可以避免旋轉(zhuǎn)編碼器受力損壞，同時(shí)在使用中簡(jiǎn)便易行，與MCS～96單片計(jì)算機(jī)可構(gòu)成完善的各種速度測(cè)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(cè)量裝置由MCS一8098單片計(jì)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(cè)量需保留整個(gè)測(cè)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(hào)有效時(shí)，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(hào)引腳，用其輸出數(shù)碼顯示位的選擇。
電機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)是由編碼器測(cè)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(hào)分別送入HSIo和HSIi，HSI為高速輸入引腳。HSI0設(shè)置為計(jì)數(shù)工作方式，對(duì)轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，HSI1設(shè)置為定時(shí)工作方式，對(duì)轉(zhuǎn)速脈沖計(jì)數(shù)時(shí)間進(jìn)行定時(shí)及轉(zhuǎn)速脈沖的周期進(jìn)行測(cè)量，從而測(cè)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(hào)(見圖3)，其分度是非常精確的。對(duì)電機(jī)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速的測(cè)量可以計(jì)數(shù)單位時(shí)間內(nèi)編碼器的輸出脈沖數(shù)。設(shè)在tc時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)的脈沖數(shù)為N1，則有下述算式：
式(1)中nc為被測(cè)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速。通常可以取定時(shí)時(shí)間tc為1s。設(shè)由MCS一8098的高速輸入引腳HSIo．對(duì)編碼器的輸出脈沖計(jì)數(shù)，在計(jì)數(shù)的起始時(shí)刻啟動(dòng)HSI。腳開始定時(shí)，定時(shí)1s后引起中斷，并讀入HSI。腳輸入脈沖的計(jì)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(cè)量軟件框圖如圖4所示。
當(dāng)對(duì)被測(cè)電機(jī)的瞬態(tài)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量時(shí)，考慮到編碼器的分度非常精確，為提高測(cè)量的頻率響應(yīng)可以測(cè)量編碼器輸出脈沖的一個(gè)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(duì)電機(jī)的瞬態(tài)轉(zhuǎn)速測(cè)量時(shí)，MCS一8098的HSI。引腳作為計(jì)數(shù)器輸入，且設(shè)定為上升沿有效，同時(shí)編碼器的輸出脈沖接至HSI1引腳。這一上升沿在計(jì)數(shù)有效的時(shí)刻觸發(fā)，使定時(shí)器開始定時(shí)，當(dāng)HSI。接收到下一個(gè)脈沖的上升沿時(shí)刻引起中斷，同時(shí)讀出定時(shí)時(shí)間值，即可計(jì)算出被測(cè)電機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速值。
5結(jié)語
該測(cè)量裝置操作簡(jiǎn)便，測(cè)量準(zhǔn)確，采用光學(xué)編碼器為轉(zhuǎn)速傳感器，并設(shè)計(jì)為非固定安裝式，擴(kuò)大了裝置的使用范圍。該裝置可對(duì)各類電機(jī)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)轉(zhuǎn)速的快速測(cè)量，在電的科研與生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用價(jià)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(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)．電工電能 |
