用單片機實現(xiàn)步進電動機矩頻寺特性的測量
胡家華 劉端增 （哈爾濱機電專科學校150076）
1引言
步進電動機的矩頻特性是反映步進電動機動態(tài)特性的。當步進電動機作單步運行時，其****允許負載為tq：
式中tjmax——****靜態(tài)轉矩
θbc——步距角
用電弧度表示步距角時，θbc=2π/n。則****允許負載可表示為：
隨著輸入脈沖頻率逐步增加，電機轉速逐步增高時，就可以看到步進電動機所能帶的負載轉矩值將逐步下降。這就是電機轉動時所發(fā)出的轉矩是隨著脈沖頻率的升高而減少。電機轉動時產生的轉矩為動態(tài)轉矩，動態(tài)轉矩與電源脈沖頻率的關系稱為步進電動機運行時的轉矩一頻率特性，簡稱運行矩頻特性，如圖1所示，它是一條下降的曲線。
電機的矩頻特性包括牽入矩頻特性和牽出矩頻特性。牽入矩頻特性指的是步進電動機在恒定頻率脈沖串驅動下電機拉入同步時，步進電動機的****恒定負載轉矩與頻率之間的關系。測量時，先給步進電動機施加一恒定的負載轉矩，然后用一串恒定頻率的脈沖驅動電機，如果電機能和驅動脈沖同步運行而沒有丟失脈沖，那此頻率脈沖能將該負載拉入同步，經(jīng)過若干坎這樣的試驗以后，可找到能夠拉入同步的****負載轉矩，此轉矩即為該驅動脈沖頻率下的牽入轉矩。改變驅動脈沖的頻率，重復以上的步驟又可以得到另一牽入轉矩。這樣多次改變驅動脈沖的頻率，就可以得到牽入轉矩與頻率之間的關系，即起動矩頻特性，如圖2所示。牽出矩頻特性指的是步進電動機在恒速運行時不丟步，與驅動脈沖同步所發(fā)生的****轉矩與驅動脈沖頻率之間的關系。測量時，先使步進電動機平穩(wěn)運行在給定脈沖頻率上，然后逐漸增加負載轉矩，在電機剛要失去同步時，可測出此時電機的****負載轉矩，這個轉矩即為該驅動脈沖頻率下的牽出轉矩。改變驅動脈沖的頻率，重復上述步驟，可以測得牽出轉矩與驅動脈沖頻率之間的關系，即牽出矩頻特性。
2測量系統(tǒng)的硬件結構
測量系統(tǒng)的硬件結構框圖如圖3所示。
整個系統(tǒng)分為三大部分。8098單片微機部分，步進電動機驅動和直流電動機控制部分，轉矩檢測和轉角測量部分。微機部分主要由顯示電路、鍵盤電路、存貯器電路和打印機等組成。用來顯示運行狀況和測量結果、打印報告單、鍵入有關常數(shù)以及系統(tǒng)控制等。步進電動機的驅動電路如圖4所示。在軟件的控制下，由8098單片機的高速輸出通道hso.0、hso.1、hso.2輸出脈沖，并通過光電耦合器til113控制大功率管3dg28的導通與截止，實現(xiàn)步進電動機繞組的通電與斷電，達到步進目的。光電隔離的作用是將計算機部分和大功率部分隔離開，以防止強信號竄入計算機部分，造成不應有的故障。
直流電動機的控制是由8098單片機的高速輸出通道hso.3和hso．4經(jīng)光電隔離和小功率直流繼電器與直流電動機的電樞繞組和激磁繞組接，控制電樞和調節(jié)激磁電流，用以保證步進電動機負載的調節(jié)和通斷。
轉矩的測量是通過zj型轉矩傳感器實現(xiàn)的。zj傳感器的原理圖如圖5所示。中間為一彈性軸1，其兩端安裝有兩個相同齒數(shù)的齒輪2，每個齒輪的外側各安裝一塊磁鋼4，磁鋼上備繞有信號線圈3。當轉軸旋轉時，由于磁鋼與齒輪間的氣隙磁導隨著齒槽位置的變化而發(fā)生周期性的變化，使穿過信號線圈的磁通萬也發(fā)生周期性的變化，于是在信號線圈中分別感應出電勢，在外加轉矩時，彈性軸的一端相對另一端產生偏轉角笳，a與外加轉矩成正比。在兩個信號線圈中感應電勢的相位差角也隨轉矩的變化而發(fā)生相應的變化。兩個線圈中的感應電勢為u1、u2：
