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1、圭粪禀老孥磊棠差篓 2 0 0 6 年学术年会论文集( 电机专委套) 4 计算举例 已知电机数据如下：p = 4 、b = 2 、K = 4 1 、b w 1 2 5 。 则简单计算可得：x - - - - 0 1 2 5 ，K P 一5 1 2 5 ，咒B = l ，w = 0 2 5 - - 2 x ，2 n B p - - - - 8 。 根据表4 ( b = 2 、户一4 、K P 一理士0 1 2 5 、0 1 2 5 w 0 2 5 ) ， 由式1 、2 、1 0 、1 1 可得表2 0 的结果： K R 。= 0 7 5 6 0 9 8 0 1 2 5 + 0 6 8 2 9 2
2、 7 0 7 5 + 0 6 0 9 7 5 6 X 0 1 2 5 = 0 6 8 2 9 2 7 K 蚋。= 0 9 2 7 5 0 2 0 1 2 5 + 0 8 7 8 5 1 2 0 7 5 + 0 8 1 7 9 2 9 0 1 2 5 = 0 8 7 7 0 6 3 5 结束语 表2 0 计算结果 n S1 01 21 31 6 A t0 1 2 500 7 50 1 2 5 K s0 7 5 6 0 9 8 0 6 8 2 9 2 70 6 0 9 7 5 6 K t0 9 2 7 5 0 2 0 8 7 8 5 1 20 8 1 7 9 2 9 对于如直流力矩电动机之类经常运
3、行予零转速和极低转速的电机，需要精确计算电刷短路换向片引 起电枢绕组电阻和磁链的减少，电机设计中用电阻短路系数和磁链短路系数的平均值来考虑上述短路效 应。短路系数的平均值是电机参数电刷对数、极对数、换向片数、换向片宽度、电刷宽度的复杂 函数。 本文将电刷宽度解耦为整数部分和分数部分，只需求解分数部分的效应便可解决任意宽度的电刷的 1 效应；引入参数去把分数部分归结为数目不多的几个范围；将换向片数和极对数的各种配合用每极换向 - ， 片数简化到两种需要研究的情况；将总的短路元件数解耦为正、负电刷短路的元件数，在给出了正电刷短 路的元件数后，只需根据具体情况求出负电刷短路的元件数，便可求得总的短路
4、元件数和维持的时间段。 本文建立了参数化程度较高的数学模型，提出了比较简便的计算短路系数的平均值的方法，便于把计算 公式化。而且，必要的计算数据可以预先计算好备用。本文还给出了最常见的一对和两对电刷情况下的 计算数据表，供直流电机电磁计算时使用。 智能化步进电机可靠性测试仪的研制 上海交通大学苏红娟傅桂荣 步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化精确位置控制系统 中步进电机进行可靠性能测试则是步进电机质量检测的重要环节，本文所要讨论的是用于步进电机可 靠测试的测试仪的研制。本测试仪以飞利浦公司出品的P 8 9 C 6 6 2 为核心研制而成。P 8 9 C 6 6
5、 2 单片机可 提供P W M ，高速I O 口、加减计数等方面的功能，便于我们研制稳定、易用的步进电机可靠性测试仪。 1 步进电机测试仪的硬件构成 1 4 8 5 盛巍块l 本步进电机测试系统的系统构成如图1 所示，主要由下r 工一 列几个模块组成：C A N 和4 8 5 通信模块，E E P R O M 掉电保L 匹蠡：广1 护模块，可编程逻辑器件( P L D ) 与时序控制模块、人机交互陬刮8 9 C 6 6 2 模块，步进电机驱动信号输出模块，A D 采样模块，电机驱动一I 模块等唑 ( 1 ) C A N 通信模块 通信模块实现测试仪器与上位机P C 的通信，将测试过 程中得到的
6、数据存人上位机P C ，便于日后的管理和使用。 墨兰鋈童H 兰薹量墨H 兰兰竺! 蕊矸佩翔陲恋 P L D 逻辑及I 时序控制模块I 图1 步进电机测试仪系统构成框图 本测试仪内置了两种通信方式，分别为C A N 通信方式和4 8 5 通信方式。C A N ( C o n t r o l l e rA r e aN e t w o r k ) 即控制器局域网，主要用于各种设备检测及控制的一种现场总线。C A N 总线最初是由德国B o s c h 公司为汽车的检测、控制系统而设计的。C A N 总线具有独特的设计思想、良好的功能特性、结构简单，通 信方式灵活、通信距离长、极高的可靠性，现场抗干
7、扰能力强。现已广泛应用于现场控制中。为了实现 一1 6 苏红娟傅挂荣：智能化步进电机可靠性测试仪的研制 C A N 通信功能，我们采用飞利浦公司的S J A l 0 0 0 芯片，该芯片功能强大，只需少量的外围设备，硬件上即 可实现。 ( 2 ) 掉电保护模块 由于步进电机做可靠试验时，根据实际的要求，有较多的参数需要设置。如果每一次测试时都需要 设置测试参数，将给用户的测试使用带来很大不便，因此需要将上一次测试的参数设置保存下来，便于下 次测试时使用。M 2 4 C 0 2 是S T 公司出品的一种使用1 2 C 通信协议的E E P R O M ，和8 9 C 6 6 2 单片机只需 要三
8、个I O 口就可以完成系统所需要的掉电保护功能，方便测试。 ( 3 ) 人机交互模块 人机交互模式包括L C D 液晶显示和键盘输入两部分。我们使用的液晶是香港精电公司的字符型液 晶显示模块M D L S 4 0 4 6 8 R 1 ，能够显示4 x 2 0 个字符。利用五个按键( 一键多用) 的输入功能和L C D 的实 时显示，可以进行两级菜单操作，测试数据的显示等功能，很好地完成了人机交互的功能。 ( 4 ) 步进电机控制信号输出和步进电机驱动模块 步进电机的控制信号输出模块用于产生步进电机的控制信号，将该控制信号送入步进电机驱动电 路，即可驱动步进电机。步进电机控制信号包括输出使能(
9、禁止或允许步进电机驱动电路输出驱动信 号) 、正反转控制信号、驱动脉冲控制信号。C P U 的输入输出端均采用了光耦隔离，目的是为了防止外电 路能的干扰，防止对C P U 电路的影响，从而提高系统的稳定性。 步进电机驱动模块为双极性P W M 恒流载波驱动、半步运行，适合0 5 2 8 安培的二相四相混合式 ( 永磁感应式) 步进电机，电流调节由驱动器中间的电位调整。同时还有过热保护等保护功能。把步进电 机控制信号输入相应的输入引脚，即可驱动永磁感应式步进电机，在编程中采用相应的控制策略，即可满 足可靠测试的要求。 ( 5 ) A D 采样模块 本步进电机可靠测试仪运行过程中，根据可靠测试的要
10、求，需要测试步进电机的驱动电压和最小线 性伸长力。同时，为了检验A D 采样模块工作是否正常，我们在测试仪开机自检时将一个标准电压送人 A D 采样模块的一个通道，根据检测到的数值来判断A D 采样模块工作是否正常。因此共有三个采样信 号需要采集。T L C l 5 4 9 是T I 公司出品的一个具有1 0 位采样精度的芯片，具有串行通信功能，只要三个 I O 口就可以和P 8 9 C 6 6 2 进行通信，将A D 采样的数据传递到P 8 9 C 6 6 2 中。由于有三个采样信号，因此 采用C D 4 0 5 1 芯片来切换不同的采样通道。C D 4 0 5 1 是一个模拟开关，一共可以
11、输入8 个不同的模拟信 号，只要输入不同的通道选择信号，既可以选择哪个输入通道作为C D 4 0 5 1 的输出。C D 4 0 5 1 具有内阻小， 切换速度快等特点在C D 4 0 5 1 之后接一个跟随器，可以保证输出的精度。以上述两个元件为核心，即可以 构成A D 采样模块，A D 采样模块的硬件构成如图2 所示： ( 6 ) P L D 逻辑 与时序控制模块 P L D 是可编 程逻辑器件的简 称，能够完成任何 数字逻辑器件的功 能。通过原理图输 入法或是硬件描述 语言，均可以成功 设计一个数字逻辑 系统。通过软件仿 真，我们可以事先 验证设计的正确 f ：、 I1 2 V C C
12、，觳。斗网；。 I 、II X 0 X 专I j ：j 二：一 l 、二I4 l 、l X I 3 T ! _ 一 X 2 弋 乒= I X 3 lr r l 下万一 r 一 X 4 。一X 5 X 6 lJ 士 X 7 蚤戳 U l IO C r 弋 广_ 一 C 。占： 、1 】= T I J 膏一 1 固l 图2A D 采样外围电路构成 一1 7 窦宴妻挚王晕誊塞 2 0 0 6 年学术年会论文集 电机专垂套) 上海市电工技术掌会 。卜带小平置形凡来毛”首77 性。在印刷电路板完成以后，还可以利用P L D 的在线编程能力，随时修改逻辑关系i 行i 不必更改硬件电路 出学单片机的输人输出
13、端1 3 有限，系统又需瑟较多的控制信号，利用P L D 来开发本测试系统，可以方便扩 展控制信号，大大缩短设计鞋翔，减少P C B 面积，提商系统的可靠性和灵活性。奉测试投中使用的P L D 为L A T T I C E 公司的M 4 A 5 3 2 3 2 - 5 V C 。 2 软件编制 基于上述硬件构成和测试仪功能的要求，软件编制采用了模块化设计的慝路，便于调试和维护。 ( 1 ) 初始化过程 步进电机测试仪启动以后。C P U 的寄存器、输入输出瑞日、定时器等等都是缺省值，需要掇据宴际运 行的需要进行设置。嚣此初始化过程非常熏要，只有拦确的初始化才能继续执行后筒的操作和测试。 ( 2
14、 ) 菜单操作和盟示模块 整个系统的运行基半菜单操作+ 人机交互性好，使用方便。按键用于根据L C D 的显示内容选择要进 行的操作。软件不断扫描键盘的输入值，同时L C D 上剿根据不丽状态和工作阶段以及接键的输入实时最 示相应的内容。用户则根据L C D 的显示内容上下移动光标，并用键盘选择相应的操作。通过这样的人 机交互，完全可以实现步进电机的可靠测试。 ( 3 ) 步进电机驱动信号输出 ， 由于P 8 9 C 6 6 2 芯片的I o 口数量有限，同时为了膀止C P U 复位时I O 端口的黧位过程中可能的误 籀出本系统采用7P L D 的端日作为步进电机驱动信号的输出端廿。由于可靠性
15、测试过程中，对步进电 机的运行过稚和状态有严格的要求，因此需要根据可靠测试的耍求来提供不弱的控制策略，控制步进电 机的运行状卷。 ( 4 ) A D 采样模央 测试仪远行时需要根据系统不同运行时期的需要，来控制A D 采样。首先要控制C D 4 0 5 l 模拟开关 的状态。包括使能信号、不同模拟通道的选择信号的控制等等。其次是根据T L C l 5 4 9 芯片串行通信的定 义，利用8 9 C 6 6 2 的三个输A 输出端口P 1 0 ，P 1 1 ，P 1 2 来和T L C t 5 4 9 进行通信，完成A D 采样。进行一 次A D 采样的程序主要代码如下( 利用K E I LC 5
16、 1 编制) ： T L C l 5 4 9 串行通信端口初始化 A D C S = l ； A D C L K - - - - 0 ； A D D A T A = 1 A D C S = 0 ； 读取十个无用的信号，并延时 f o r ( i = 0 j i 1 0 ；i + + ) A D C L K = ! A D C L K ； A D C L K = ! A D C L Kd g e tr i do it h e i r s tt e n c o n v e r s i o nb i t ) D e l a y ( 4 ) ：w a i t i n gf o r2 1u s 读取真正的采样信号，并存人变量a d l 中。 f o r ( i O ；i t O ；i + + ) A 1 )
