伺服電動機機電時間常數的微機測試
胡家華 高蘇華（哈爾濱機電專科學校）
O引 言
時間常數是衡量伺服電動機快速動作的重要動態性能指標。時間常數可通過計算的方法求得，但是影響時間常數的因素很多，使得計算出的數值是一個近似值，還需要用實際測量的方法來得到實際的時間常數。
伺服電機機電時間常數的定義是：電機空載，在電機激磁繞組加額定激磁電壓，從加到電樞繞組上一個階躍額定控制電壓信號起至電機轉子的轉速達到理想空載轉速的百分之63.2所需要的時間。實際中理想空載轉速是無法測量的，故用同樣條件下的實際空載轉速來代替理想空載轉速。機電時間常數一些典型測試方法，按類型可分為直接和間接兩種方法。例如電動機發電機法，用光電示波器將直流伺服電機的電流、電壓及時間波形拍照下來，如圖l所示，然后作圖間接求出時間常數，如圖2所示。這種方法比較簡單，但作圖的精度無法保證，誤差比較大。采周單片微型計算機結合先進的激光傳感技術，就可比較精確的測量伺服電機的機電時間常數，而且可較好的解決測量元件轉動慣性與信號系數之間的矛盾。
l系統原理框圖
用單片微型計算機測量直流伺服電機機電時間常數系統原理圖如圖3所示。圖中，單片微型計算機采用MCS-51系列8031型，外接程序存貯器EPROM2716。顯示器用4位共陰極LED顯示結果。FD39-GP16為微型打印機，該微型打印機的特點可和多種微處理器連接，使用單一的+5V電源。它和主機之間的信息傳送可采用查詢方式或中斷方式。
TIL117為光電耦合器，用來控制直流接觸器2c的吸合釋放，同時防止其它干擾信號竄入單片機系統。TIL117輸入端接地點和單片機系統接地點連在一起。
前置端速度檢測部分由激光源JGE、光電管GDg、反射盤FP和支承圓盤組成。36個光電管均勻的分布在支承圓盤上構成光電盤，則電機每轉一轉，光電盤輸出36個脈沖。反射盤成45度角貼裝在電機軸伸端，其構成由輕質材料構成，則反射盤的轉動慣量完全可以忽略。
2系統原理
由伺服電機過渡過程理論可知，電機的轉速是一個二階微分方程
在大多數情況下，特別是有放大器內阻與電樞繞組相串聯時，可忽略不計。于是式(1)可簡化為一階微分方程。
因此一個實際的二階慣性環節簡化為一階慣性環節， 對式(3)進行積分可得
當t=3時，電機的轉速，就接近空載轉速，因此式(4)可以簡化為
電機轉速和脈沖數的關系
將上面有關公式編成子程序存入單片機內，可方便的進行有關計算。
單片機測量系統在測量時間常數TM時，首先由單片機的口P20口輸出一個開關量，通過光電耦合器T//117使直流接觸器ZC線圈通電，接觸器ZC吸合，啟動直流伺服電機S，相當于在電機電樞繞組上，加一額定階躍控制信號。前置端激光速度傳感部分輸出反應轉速的脈沖信號，該信號經LF324放大后直接進入單片機8031的計數口To進行計數，并由計算程序換算成相應的轉速值送LED顯示。啟動直流伺服電機的同時，單片機內部計時器開始計時間，一直到To口測得電機轉速到空載轉速為止。系統進入中斷狀態，在中斷程序，一方面控制ZC停止電機，另一方面進行數值處理和曲線擬合，最后把時間常數TM送LED顯示，同時打印機打印出數值和曲線。
3系統軟件
脈沖進行計數，并由計算程序換算為轉速值，轉速值一方面送到LED顯示，另一方面送到數據存貯區存貯，以便數據打印和測試系統的軟件主要包括主程序、檢測程序、中斷服務程序、各種運算程序、顯示曲線擬合。當轉速到達空載轉速時，計時器停止計時，系統進入中斷狀態。檢測程序框掃描和打印管理程序。
主程序：進行初始化和空載轉速no的測取，并將no值送一單元存貯以備判斷比較程序用。空載轉速測定后，主程序要通過TIL117控制接觸器ZC使電機停轉，并做好時間常數TM的準備。主程序包括一段軟件定時程序，該程序的目的是控制測定no以后停機到開始測取TM重新啟動電機之間的時間，該時閡可根據需要任意設定。主程序框圖如圖4所示。
檢測程序、測取rM時，首先由檢測程序發出指令，通過TIL117使接觸器ZC吸合，啟動直流伺服電機S，同時內部計時器開始計時，To口開始對激光速度傳感器發
中斷服務程序：中斷程序中首先通過TlL117控制直流接觸器ZC釋放，使電機停轉。然后調用數據處理程序，進行數據分析和曲線擬合，并把得到的時間常數TM送到LED顯示，打印機打印出數據和函數曲線。
4結語
用單片微型計算機組成的直流伺服電機機電時間常數丁肘測試系統，其結構比較簡單，構成系統的成本比較低，測試又方便。整個系統的測試精度主要取決于前置端轉速曲線非常接近實際情況。
由于前置端轉速的測量采用的是激光源、光電管傳感技術，電機轉子每轉就輸出36個光電脈沖。因此，轉速的檢測是比較精確的。
參考文獻
1電機工程手珊，控制微特電機（23篇）．機械工業出版社，1977
2控制電機，西安交通大學．國防工業出版社
3陳偉人，單片微型計算機原理及其應用，清華大學出版社，1988
