一种新的步进电动机步距精度测试系统
王宗培 郑大鹏 王 英(哈尔滨工业大学)
1概述
步距角精度是步进电动机的一项重要指标。步进电动机研究、制造和应用部门一直关注使用方便而又有足够精度的步距精度测试仪器。原则上，任何一种精密测角仪器都可用来测试步进电动机的步距角及精度，但实际应用很不方便，也不经济。我国正式的步距精度测试仪最早是北京精密机床研究所研制，70年代在北京微电机厂应用。所用的传感器是有10800道刻线的光栅盘，线间距为2’，4细分后其测角分辨率为o．5’(30")。由于光栅盘尺寸较大，该系统不适用于小型的步进电动机。由于分辨率不高，也难满足高分辨率步进电动机精度测试的要求，例如新的九相混合式步进电动机的步距角可以小到只有2[1]，更不要说采用微驱动的情况了。80年代，西安微电机研制所制造和使用的步距精度测试仪基本上和上述系统相同。还采用过以多极旋变作为传感器的步距精度测试系统[2]。该系统的分辨率可以较高，但既使是高精度的多极旋变，运行状态的实际精度也难以高出30"。
本文介绍的步距精度测试系统(其原理框图见图1)的特点在于，它不是采用角位移传感器，而是采用角速度传感器，角速度采样积分后获得角位移值。角位移传感器的分辨率和精度是固定的，很可能对步距角较大的电动机已足够了，而对于步距角相当小的电动机就显得不够。采用角速度传感器时，它的分辨率和讯号处理环节的放大倍数有关，可以调节。因此既使步距角很小，也同样可以胜任。
2测试系统的原理
新的测试系统的原理框图如图1所示。这是一个角速度瞬时值的采样系统，角速度讯号由一台与被测电机同轴联接的精密直流测速发电机获得，所用的直流测速发电机的输出特性如图2所示。该系统利用现成的pc机，加上对讯号的滤波、放大、a／d转换及软件等。
由pc机发出一个控制讯号脉冲，步进电动机便走一步，同轴联接的测速发电机的电压输出讯号v1，正比于步进电动机单步响应过程中的瞬时角速度ω。ν1经放大滤波变为ν2，再经a／d转换为数字量送给微机处理，由此可直接得到角速度的单步响应特性(ω-t)，是一条衰减的振荡曲线。将采集的角速度数据进行积分后输出，便得到角位移的单步响应特性(θ-t)，它同时得到步距角的值。让pc机发出一系列讯号cp脉冲，且让这些脉冲的间隔时间大于被测电动机的单步响应停止时间，便可测出一系列步距角的值，从而得出步距误差和位置误差的值，即电动机的精度。
通常，步距精度测试仪的精度主要取决于传感器的精度和分辨率，例如光栅盘或多极旋变等角位移传感器的精度和分辨率。现在采用角速度讯号，似乎主要与测速发电机的精度有关。但是，由于新的测试系统采取了自动定标的方法[3]，几乎可把传感器及测试线路等引起的误差消除掉。这种自动定标的方法，利用了步进电动机的步距误差不会长期积累的特点，即测很多步时其平均步距角将是很标准的，用它来定标实际步距角的值，其精确度显然是很高的。理论上，如果测试线路很完善，干扰很少，且稳定性良好，测试误差将主要只有a／d转换的量化误差。采用较一般的8位a／d转换器，在满量程应用时量化误差约o．4％，对于步距角测量，精度已经足够高。由于检测的讯号是经放大以后再进行a／d转换，步距角减小时，实际检测讯号相应减小，但调整放大倍数后仍可使送到a／d转换处的讯号基本不变，测试系统的相对误差也就基本不变。这等于说，随着被测电机步距角的减小，测试系统的****值(角位移)精度随之提高，所以被测电机的步距角既使相当小，用新的系统测试时，也同样能够胜任。
3试验举例
被测电机是一台130byg9100d型九相7昆合式步进电动机(杭州哈杭电伺服技术公司生产)。该电动机保持转矩tk≥30nm，相电流，i=10a，配套驱动器smi)一90610型(杭州哈杭电伺服技术公司生产)，功放级电压由交流60v整流后供给，牵出转矩tp．o≥20nm(n<5r／s时)，步距角θb=2’～0．9。可变。测试时电动机以步距角巩===0．06。(3．6’)运行。九相电动机以6000步／r，即θb=o．06。的分配方式，按通常的思路是不可能实现的。我们采取特殊的方法，实际上电动机的步距角是按四步θb=4’加一步θb=2定，只不过平均步距角θb=3．6’。用本文介绍的系统实测的一组步距角数据如附表所示。
用本文的方法测步进电动机的步距角时，不仅仅能测出步距角的值，而且
