永磁直流电动机虚拟测试系统转速采集模块开发铸铝件
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永磁直流电动机虚拟测试系统转速采集模块开发
永磁直流电动机虚拟测试系统转速采集模块开发 2011年12月10日 来源： 虚拟仪器是计算机测试仪器发展的结果。一般来说，它由计算机、一组硬件和软件组成。硬件解决信号的输入和输出，软件完成数据处理、应用理论实现及系统控制功能。用户通过操作计算机图形面板，即可控制计算机虚拟仪器的运行，完成全部测试功能。 永磁直流电动机虚拟测试系统主要通过系统辩识理论获得电机的动静态参数，并测定全部动静态特性，以及有关电机的多种物理量。同时，根据动静态参数的变化，可以在一定程度上对电动机进行故障检测和诊断。 根据测试系统的要求，需要采集电动机的电压（输入量）、电流和转速（输出量）等状态参数，数据采集的精度和速度将直接影响到电动机有关参数、特性测定以及故障检测与诊断的准确性、快速性和可靠性。由于转速是电动机模型中极为重要的状态参数，它的测量精确与否对辩识结果的精度影响较大。因此转速采集模块的研制在整个系统中占有极其重要的地位，提高该部分的精度和速度以满足系统要求是非常必要的。 １ 数据采集器的总体结构 本采集器的总体结构如图１所示，主要由功率驱动部分和数据采集部分组成，由计算机来控制。数据采集部分是一块内置于计算机（386XT以上机型）扩展槽内的数据采集板，该采集板采用ISA总线可进行16位数据传输，电流与电压的采集采用双路A/D转换，提高了数据采集的速度并保证了数据采集的同时性。采集信号中，电压u(t)和电流i(t)以模拟信号方式输入；转速n(t)以数字频率信号方式输入。 ２ 转速采集方法及电路实现 转速采集模块采用数字式转速测量方法，转速信号由频率式转速传感器——圆光栅编码器产生，它将转速转换成电脉冲信号，经过放大整形后，获得相同频率的方波信号，通过测量方波的频率f或周期T，测得转速的大小。 2.1常用数字式转速测量方法比较 目前，常用的数字式转速测量方法主要有三种，分别是M法（频率法）、T法（周期法）、M/T法（频率／周期法）。Ｍ法是在既定的检测时间内，测量所产生的转速脉冲信号的个数来确定转速；T法是测量相邻两个转速脉冲信号的时间来确定转速；M/T法是同时测量检测时间和在此时间内的转速脉冲信号的个数来确定转速。三种方法的各项性能比较如表１。 表1中，m1、m2检测时间间隔内的脉冲计数值（分别对应M、T法）；T为规定的检测时间间隔；P为圆光栅编码器每转一圈发出的转速脉冲信号的个数；为Ｔ法中已知频率值（填充被测频率相邻两个脉冲的间隔）；是电机每分钟的转速；为圆光栅测速脉冲周期；是圆光栅编码器的制造误差。 由表１可知：(１）从测速精度来看，若要求高精度测速，M法中应计数值m较大，当检测时间Ｔｇ选定后（一般不应过长，以保证测量条件不变且速度快，实现测量快速性），只有被测转速较高或圆光栅编码器每转一圈发出的转速脉冲信号个数Ｐ较多，才能使ｍ１较大。对于Ｐ给定情况，只有大时，m1才大。可见Ｍ法适于高速测量。经类似分析可知Ｔ法适于低速测量，考虑高速和低速时的综合性能M/T法最好。 （２）从检测时间来看，Ｍ法的检测时间与转速无关，T法的检测时间随着转速的增加而减小，M/T法如果牺牲一点分辨率，则可以使检测时间与M法几乎相同。因此，从综合效果看M/T法是较好的测速方法。根据M法和M/T法的工作原理，实现了两种转速测量方法并对测量效果进行了比较。 2.2 M法和M/T法测速的电路实现 转速测量电路是由通用可编程定时／计数器8254及其辅助电路组成。8254内部有三个相同的独立16位计数器（COUNTO、COUNT1、COUNT2）。每个计数器都有自己的时钟输入CLK、计数器输出OUT和门控信号GATE，通过编程设置工作方式。当GATE端为高电平时，允许计数；当GATE端为低电平时，禁止计数。 M法和M/T法的测速电路原理分别如图２和图３所示。图中时钟电路提供由高频晶振产生的时钟信号，用来给定采样周期以及转速检测时间。前置电路对输入转速信号进行放大和波形整理。图２中，COUNT0对转速信号计数；同时COUNT1和COUNT2均对时钟信号计数，而COUNT1用来测量转速检测时间，XOUNT2则用来控制