圆筒型直线电动机的速度及起动推力测试
刘元江1，张永华1，任庆昌2
(1．西安交通大学，陕西 西安710049；2．西安建筑科技大学，陕西 西安710055)
摘 要：介绍圆筒型直线电动机的瞬态速度、起动推力的测试原理及其实现电路。实际应用表明，整个测试系统工作稳定可靠，测量精度高。
关键词：直线电动机；速度；推力；测试
文献标识码；A 文章编号{1001-6848(1999)02-0033-02
直线电动机一般当作短行程的执行机构，往往工作在非稳定状态。为了更好地研究此种电机的动态过程，对其瞬态速度、瞬态推力的精确测量尤其重要。
目前，测量旋转电机转速的手段很多而且先进。一般采用脉冲发生器作为转速的测量环节。许多线速度的测量就是通过转化为转速的测量而解决。例如，金属带试验法和轮子试验法是测量平板型和圆弧型直线电动机速度常用的方法[1]，它们都是通过将直线电动机的线速度转化为转速测量的。从这一思想出发，利用一个安装在圆筒型直线电动机运动级上的橡胶滚轮，将直线电动机的线速度转化为转速，通过测量转速而得到直线电机的线速度。
直线电动机的起动过程很快，测取这一短暂过程中的动态推力，一般是将推力信号变成电信号，再送住其它测量仪器进行测量[2，3]。本文针对电机起动过程快、推力变化快的特点，利用PC机进行高速数据采集。实验表明，使用的测速、测力方法测量准确、可靠、简单易行。
1 测量系统的组成
测量系统主要由直线电动机驱动电路、光电编码器、定时／计数器电路、测力传感器、A/D电路和PC机组成，框图如图l所示。
直线电动机驱动电路主要实现在一定频率、电压下，直线电动机作正反向运行。电机运行的频率、电压、起动时间等都可以通过对富士变频器FVR -G7S的设定来确定。在电机轨道两端安装行程开关，利用行程开关的开与闭给驱动电路提供输人信号，由变频器的输出驱动直线电动机往复运行。
选用LHB-001-2500型光电编码器。该光电编码器精度高，输出2500脉冲／r。光电编码器与橡胶滚轮同轴，一起安装在直线电机的运动级上。为防止橡胶滚轮打滑，在支架上下部分采用螺栓和弹簧支撑。当电机作直线运动时，通过橡胶滚轮带动编码器，从而输出相应频率的脉冲。
利用8253及8255组成一个多功能定时／计数微电机 1999年 第32卷 第2期（总第107期）板，直接插入PC机的扩展槽中。板上的时钟频率定为2MHz，8253的16位计数器0作为定时器用，计数器1作为对内部脉冲计数用，计数器2作为对光电编码器发出的脉冲计数。将8255的三个口的输入／输出作为8253的门控及输入／输出。
选用GYL-3型应变式测力传感器，将传感器一端固定，另一端与电机的运动级水平相连。当电机起动时，电机的推力作用在传感器上。
A/D转换电路分辨率为12位，考虑软件和采／保电路时间，通过率为12kHz。
2测试原理
2.1速度测试原理
在转速测量中，有测频法和测周法两种。测频法适用于高速测量，测周法适用于低速测量。本文综合两种方法的特点，应用测频测周综合法测量直线电机的速度.
光电编码器编码数为Z，橡胶滚轮外径为D，在给定采样周期T内，光电编码器发出的脉冲数为N，则直线电动机的运行速度为：
利用定时／计数器板上频率为，。- 2MHz的时钟脉冲对采样周期计数，得计数值N2，则定时时间为T，综合以上两式，得：
只要在采样时间T内，对光电编码器发出的脉冲和频率时钟脉冲计数，兢可以得出速度。
2.2推力经试原理
直线电动机的推力经测力传感器及信号放大电路变成o～sv的电压信号。经过标定，得出推力F(N)与电压y（钞）之间的关系为：F-=96.7964 -91. 547(V -1.637147)+7.251(v -1.63714)2，电压信号经A/D转换，PC机采取中断方式定时读取数据。这样，PC机就采集出了在不同时间下电机的推力。
3软件的实现
根据上述原理，编写出了电机速度、推力的采集程序，框图如图2所示。
4测试结果
对一台18槽同步速为3mIs的圆筒型直线电动中断服务子程序机施加320v的电压，频率为50Hz，进行速度、推力测试。
图3为电机在0. 9m轨道上往复运行4个来回时的速度与时间的关系曲线。从图中可见，在电机的起停时刻，速度变化较快，中间时刻的速度基本上呈线性增加。电机运行轨道不光滑、橡胶滚轮运行中发生抖动等，直接影响到测速精度。
由于受实验条件的限制，只测了电机在速度为零的起动推力，如图4所示。
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