伺服系統性能測試臺的研究與開發
樊留群， 萬德科
（同濟大學中德學院，上海200092）
摘要：機電設備對伺服驅動系統在精度和動態特性等方面的要求越來越高，采用虛擬儀器技術，建立了基于美國國家儀器有限公司( ni)的數據采集卡和lahview的伺服系統性能測試臺。通過測試臺控制系統向伺服系統發送不同的運動控制指令，同時對電機的轉速、轉矩和電流等參數進行采集，從而得到伺服系統的穩態和動態性能參數。
關鍵詞：labview;伺服系統：性能測試
中圖分類號：tm 301.2文獻標志碼：a文章編號：1673-6540(2010)07-0016-04
0引言
在伺服驅動系統的研發過程中，為滿足伺服驅動系統的性能要求，不僅要對電機的基本參數進行測試，還耍進一步檢測伺服驅動系統內部的電流環和速度環的控制性能。本文采用虛擬儀器技術建立伺服系統性能測試臺，降低系統的開發成本和周期，方便對伺服系統性能的測試和分析。
l 測試臺功能分析
在采用手動操作的傳統電機性能測試方法中，存在著測試時間不同步、人為因素影響大及工作效率低等缺點。本文采用美國國家儀器有限公司( ni)的pci6251數據采集卡為核心，并結合labview軟件來開發伺服系統性能測試臺，其主要功能如下：
(1)手動或自動設置伺服電機的目標轉速和輸出轉矩；
(2)實時檢測伺服電機轉速；
(3)實時檢測伺服電機輸出轉矩；
(4)實時檢測伺服驅動輸出電流；
(5)計算穩態轉速波動、穩態（零速）轉矩波動、穩態轉速和轉矩的穩態誤差；
(6)計算在各種測試給定模式下電機轉速和輸出轉矩的超調量、上升時間、穩定時間；
(7)根據測試需求，具有良好的系統可擴展性。
與傳統測試方法相比，基于虛擬技術的測試平臺省去了如顯示儀表等許多測試系統必需的硬件；其測試過程完全由計算機自動完成，速度快、精度高、大大提高了工作效率；另外，還能儲存試驗數據以備查詢回放，繪制試驗曲線，以及打印試驗報告。
2測試臺組成
2.1硬件組成
如圖1 所示，測試臺硬件部分主要由待測電機、模擬負載、各種傳感器、數據采集卡，以及裝有labview軟件的計算機組成。
(1)傳感器。傳感器將待測參數的測量值轉換成可用的電輸出信號。該測試臺中，與負載電機同軸相聯的旋轉編碼器將待測電機的轉速值轉換成正交脈沖信號；而待測電機的輸出轉矩值則是通過扭力傳感器轉換成10 k+5 k的脈沖信號；伺服驅動的三路輸出電流經電流傳感器( lem)轉換成o～25 ma的電流信號后，再經過阻值可調的采樣電阻轉變成電壓信號，由pci6251板載的a/d轉換器進行同步采樣后得到數字信號。
(2)數據采集卡。該測試系統采用ni公司的pci6251數據采集卡。數據采集卡主要有3個功能：一是由多路轉換開關完成對多點多通道信號的分時采樣；二是將信號的采樣值由a/d轉換器轉為幅值離散化的數字量，或由u/f轉換器轉換為脈沖信號以適應計算機工作jli；三是通過采集卡上的模擬輸出口對電機的目標轉速和負載進行控制。
(3)裝有i，abview軟件的計算機。所有的虛擬儀器都通過labview軟件定制，充分體現了“軟件就是儀器”的理念。隨著測試需求的變化，只要修改相應的程序即可適應新的需求，易于維護和擴展。
(4)模擬負載。其由磁粉制動器和穩壓電源組成，磁粉制動器和電機同軸相連，而穩壓電源為其提供輸入電流。通過裝有labview的計算機和數據采集卡來控制穩壓電源的輸出電流，從而實現電機輸出轉矩的給定。
2.2軟件結構
測試臺軟件部分以labview 8 2為開發平臺，如圖2所示，主要包括驅動程序模塊、測試采樣模塊、界面操作和顯示模塊、參數性能分析模塊、數據庫及報表模塊等。下面對各個模塊作簡要介紹。
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