步進電機綜合自動化測試系統及其測試方法
2023-05-12 07:39:31
步進電機綜合自動化測試系統及其測試方法
【專利摘要】本發明提供了一種能夠完成步進電機步距角精度、靜力矩、最高工作頻率和工作電流測試的綜合自動化測試系統。該步進電機綜合自動化測試系統，包括控制單元、數據處理和顯示單元、被測步進電機、步進電機驅動電路、靜力矩測試牽引電機、牽引電機驅動電路、靜力矩測試齒輪系、安裝於被測步進電機輸出軸上的光電編碼器、以及設置於步進電機驅動電路中的電流傳感器；所述靜力矩測試齒輪系包括兩個相互嚙合的齒輪，這兩個齒輪分別安裝於被測步進電機的輸出軸和靜力矩測試牽引電機的輸出軸上，靜力矩測試牽引電機通過靜力矩測試齒輪系向被測試電機施加測試力矩。
【專利說明】步進電機綜合自動化測試系統及其測試方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種步進電機性能參數的測試系統及其測試方法。
【背景技術】
[0002]步進電機是一種重要的驅動和執行電機，廣泛應用於航空航天、武器裝備、工業控制和儀器設備等領域。步進電機測試系統是步進電機生產、質量控制、交付驗收和整機調試等過程中必不可少的儀器設備，步進電機測試系統性能的優劣直接影響到步進電機和整機的性能。
[0003]步進電機的測試項目主要包括步距角精度測試、靜力矩測試、最高工作頻率測試和工作電流測試。目前，傳統步進電機測試系統普遍存在功能單一、自動化程度低等缺陷，需要多種測試設備才能完成一臺步進電機或整機的測試工作，而且測試人員的工作量大，導致設備和人員成本較高。
【發明內容】
[0004]為了解決【背景技術】中存在的上述技術問題，本發明提供了一種能夠完成步進電機步距角精度、靜力矩、最高工作頻率和工作電流測試的綜合自動化測試系統。
[0005]本發明的基本技術方案如下:
[0006]步進電機綜合自動化測試系統，包括控制單元、數據處理和顯示單元、被測步進電機、步進電機驅動電路、靜力矩測試牽引電機、牽引電機驅動電路、靜力矩測試齒輪系、安裝於被測步進電機輸出軸上的光電編碼器、以及設置於步進電機驅動電路中的電流傳感器；所述靜力矩測試齒輪系包括兩個相互嚙合的齒輪，這兩個齒輪分別安裝於被測步進電機的輸出軸和靜力矩測試牽引電機的輸出軸上，靜力矩測試牽引電機通過靜力矩測試齒輪系向被測試電機施加測試力矩；控制單元的一個控制信號輸出端連接至步進電機驅動電路，另一個控制信號輸出端連接至牽引電機驅動電路，所述光電編碼器和電流傳感器的信號輸出端接至控制單元的數據採集輸入端，控制單元將採集得到的數據發送至數據處理和顯示單
J Li ο
[0007]基於上述基本技術方案，本發明還進行了以下優化限定和改進:
[0008]上述靜力矩測試牽引電機採用直流電機。
[0009]上述控制單元通過USB接口與數據處理和顯示單元連接。
[0010]上述控制單元採用DSP晶片TMS320LF2407A作為控制器。
[0011]上述光電編碼器採用增量式光電編碼器，其最大角度解析度為0.04°。
[0012]上述電流傳感器採用霍爾電流傳感器，其線性測量範圍±4.5A，輸出電壓範圍±4V±0.8%，線性度±0.25%,響應時間小於Ius0
[0013]採用上述測試系統，對步進電機的各項性能參數進行綜合自動化測試的方法，包括以下環節:
[0014]I)步距角測試[0015]首先，控制單元讀取被測步進電機初始的角度數據，然後控制被測步進電機運動一步並讀取此時被測步進電機的角度數據，再將前、後兩個角度數據相減即得到該步的步距角；以此方式控制被測步進電機運動一周(運動理論上一周所需步數)，並依次獲得相應各步的的步距角，最終即得到被測步進電機的全部步距角數據，通過對步距角數據進行統計分析即可得到步距角精度；
[0016]2)靜力矩測試
[0017]首先，控制單元向步進電機驅動電路發出控制信號，使被測步進電機單相繞組加電，被測步進電機處於靜態保持模式，此時被測步進電機輸出的力矩即為靜力矩；
[0018]控制單元向靜力矩測試牽引電機驅動電路發出控制信號，逐漸增加靜力矩測試牽引電機輸出的測試力矩，並連續讀取光電編碼器輸出的被測步進電機角度值，當檢測到角度值超出設定的臨界範圍，則表明被測步進電機已處於運動狀態，測得被測步進電機的靜力矩就等於靜力矩測試牽引電機當前的測試力矩；
[0019]3)最高工作頻率測試
[0020]首先，控制單元向被測步進電機驅動電路發出控制信號，使被測步進電機連續旋轉，在逐漸增加被測步進電機驅動頻率的過程中不斷檢測被測步進電機的角度數據，當檢測到被測步進電機的旋轉角度小於預定值時就說明被測步進電機已處於失步狀態，被測步進電機的最高工作頻率即為當前的驅動頻率；
[0021]4)工作電流測試
[0022]控制單元連續採集電流傳感器的輸出信號，即能夠實時地測量步進電機的驅動電流。
[0023]本發明具有以下優點:
[0024]1、綜合完成各個測試項目:本發明的測試系統能夠一體化地綜合完成步進電機的步距角精度、靜力矩、最高工作頻率和工作電流測試。
[0025]2、自動化程度高:能夠實現自動進行步距角精度、靜力矩、最高工作頻率和工作電流的測試數據採集、測試數據分析、記錄和列印工作，無需人工幹預。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明的綜合自動化測試系統框圖。
[0027]圖2為本發明的步距角測試工作流程。
[0028]圖3為本發明的靜力矩測試工作原理。
[0029]圖4為本發明的最高工作頻率測試工作原理。
【具體實施方式】
[0030]如圖1所示，本發明的步進電機綜合自動化測試系統，包括控制單元、數據處理和顯示單元、被測步進電機、步進電機驅動電路、靜力矩測試牽引電機、牽引電機驅動電路、靜力矩測試齒輪系、安裝於被測步進電機輸出軸上的光電編碼器、以及設置於步進電機驅動電路中的電流傳感器。其中，靜力矩測試齒輪系包括兩個相互嚙合的齒輪，這兩個齒輪分別安裝於被測步進電機的輸出軸和靜力矩測試牽引電機的輸出軸上，靜力矩測試牽引電機通過靜力矩測試齒輪系向被測試電機施加測試力矩。[0031]控制單元可採用DSP晶片TMS320LF2407A作為控制器。光電編碼器可採用增量式光電編碼器，其最大角度解析度為0.04°。電流傳感器可採用霍爾電流傳感器，其線性測量範圍±4.5A，輸出電壓範圍±4V±0.8%，線性度±0.25%，響應時間小於lus。
[0032]控制單元的一個控制信號輸出端連接至步進電機驅動電路，另一個控制信號輸出端連接至牽引電機驅動電路，光電編碼器和霍爾電流傳感器的信號輸出端接至控制單元的數據採集輸入端；控制單元通過USB接口與數據處理和顯示單元連接，將採集得到的數據發送至數據處理和顯示單元。
[0033]採用上述步進電機綜合自動化測試系統，對步進電機的各項性能參數進行綜合自動化測試的方法，包括以下環節:
[0034]a.步距角測試
[0035]首先，控制單元讀取被測步進電機運動之前的角度數據，然後控制被測步進電機運動一步並讀取被測步進電機運動之後的角度數據，再將被測步進電機運動前、後的角度數據相減即可得到當前的步距角，按上述方法控制被測步進電機運動一周即可得到被測步進電機的全部步距角數據，通過對步距角數據進行統計分析即可得到步距角精度。
[0036]b.靜力矩測試
[0037]首先，控制單元向步進電機驅動電路發出控制信號，使被測步進電機單相繞組加電，被測步進電機處於靜態保持模式，此時被測步進電機輸出的力矩即為靜力矩。
[0038]靜力矩測試牽引電機採用直流電機。控制單元向靜力矩測試牽引電機驅動電路發出控制信號，逐漸增加靜力矩測試牽引電機輸出的測試力矩，並連續讀取光電編碼器輸出的被測步進電機角度值，當檢測到角度值超出臨界範圍，則表明被測步進電機已處於運動狀態，被測步進電機的靜力矩就等於靜力矩測試牽引電機當前的測試力矩。
[0039]通過減小靜力矩測試牽引電機輸出的測試力矩步進量並提高對被測步進電機角度數據的檢測頻率，能夠提高靜力矩的測試精度。
[0040]c.最高工作頻率測試
[0041]首先，控制單元向步進電機驅動電路發出控制信號，使被測步進電機連續旋轉，在逐漸增加被測步進電機驅動頻率的過程中不斷檢測被測步進電機的角度數據，當檢測到被測步進電機的旋轉角度小於預定值時就說明被測步進電機已處於失步狀態，被測步進電機的最高工作頻率即為當前的驅動頻率。
[0042]通過減小被測步進電機的驅動頻率步進量並提高對被測步進電機角度數據的檢測頻率，能夠提高最高工作頻率的測試精度。
[0043]d.工作電流測試
[0044]控制單元連續採集霍爾電流傳感器的輸出信號，能夠實時地測量步進電機的驅動電流。
[0045]在控制單元中設置測試任務列表，依次執行可實現自動完成上述各項性能參數的全部測量。
【權利要求】
1.步進電機綜合自動化測試系統，其特徵在於:包括控制單元、數據處理和顯示單元、被測步進電機、步進電機驅動電路、靜力矩測試牽引電機、牽引電機驅動電路、靜力矩測試齒輪系、安裝於被測步進電機輸出軸上的光電編碼器、以及設置於步進電機驅動電路中的電流傳感器；所述靜力矩測試齒輪系包括兩個相互嚙合的齒輪，這兩個齒輪分別安裝於被測步進電機的輸出軸和靜力矩測試牽引電機的輸出軸上，靜力矩測試牽引電機通過靜力矩測試齒輪系向被測試電機施加測試力矩；控制單元的一個控制信號輸出端連接至步進電機驅動電路，另一個控制信號輸出端連接至牽引電機驅動電路，所述光電編碼器和電流傳感器的信號輸出端接至控制單元的數據採集輸入端，控制單元將採集得到的數據發送至數據處理和顯示單元。
2.根據權利要求1所述的步進電機綜合自動化測試系統，其特徵在於:所述靜力矩測試牽引電機採用直流電機。
3.根據權利要求1所述的步進電機綜合自動化測試系統，其特徵在於:所述控制單元通過USB接口與數據處理和顯示單元連接。
4.根據權利要求1所述的步進電機綜合自動化測試系統，其特徵在於:所述控制單元採用DSP晶片TMS320LF2407A作為控制器。
5.根據權利要求1所述的步進電機綜合自動化測試系統，其特徵在於:所述光電編碼器採用增量式光電編碼器，其最大角度解析度為0.04°。
6.根據權利要求1所述的步進電機綜合自動化測試系統，其特徵在於:所述電流傳感器採用霍爾電流傳感器，其線性測量範圍±4.5A，輸出電壓範圍±4V±0.8%，線性度±0.25%,響應時間小於Ius0
7.採用權利要求1所述的測試系統，對步進電機的各項性能參數進行綜合自動化測試的方法，包括以下環節: 1)步距角測試 首先，控制單元讀取被測步進電機初始的角度數據，然後控制被測步進電機運動一步並讀取此時被測步進電機的角度數據，再將前、後兩個角度數據相減即得到該步的步距角；以此方式控制被測步進電機運動一周，並依次獲得相應各步的的步距角，最終即得到被測步進電機的全部步距角數據，通過對步距角數據進行統計分析即可得到步距角精度； 2)靜力矩測試 首先，控制單元向步進電機驅動電路發出控制信號，使被測步進電機單相繞組加電，被測步進電機處於靜態保持模式，此時被測步進電機輸出的力矩即為靜力矩； 控制單元向靜力矩測試牽引電機驅動電路發出控制信號，逐漸增加靜力矩測試牽引電機輸出的測試力矩，並連續讀取光電編碼器輸出的被測步進電機角度值，當檢測到角度值超出設定的臨界範圍，則表明被測步進電機已處於運動狀態，測得被測步進電機的靜力矩就等於靜力矩測試牽引電機當前的測試力矩； 3)最高工作頻率測試 首先，控制單元向被測步進電機驅動電路發出控制信號，使被測步進電機連續旋轉，在逐漸增加被測步進電機驅動頻率的過程中不斷檢測被測步進電機的角度數據，當檢測到被測步進電機的旋轉角度小於預定值時就說明被測步進電機已處於失步狀態，被測步進電機的最高工作頻率即為當前的驅動頻率；4)工作電流測試 控制單元連續採集電流傳感器的輸出信號，即能夠實時地測量步進電機的驅動電流。
【文檔編號】G01R31/34GK103698701SQ201310738110
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月25日 優先權日:2013年12月25日
【發明者】文延, 汶德勝, 邱躍洪, 陳智, 姚大雷, 江寶坦, 王宏 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所