o引  言

 

    时间常数是衡量伺服电动机快速动作的重要动态性能指标。时间常数可通过计算的方法求得，但是影响时间常数的因素很多，使得计算出的数值是一个近似值，还需要用实际测量的方法来得到实际的时间常数。

    伺服电机机电时间常数的定义是：电机空载，在电机激磁绕组加额定激磁电压，从加到电枢绕组上一个阶跃额定控制电压信号起至电机转子的转速达到理想空载转速的百分之63.2所需要的时间。实际中理想空载转速是无法测量的，故用同样条件下的实际空载转速来代替理想空载转速。机电时间常数一些典型测试方法，按类型可分为直接和间接两种方法。例如电动机发电机法，用光电示波器将直流伺服电机的电流、电压及时间波形拍照下来，如图l所示，然后作图间接求出时间常数，如图2所示。这种方法比较简单，但作图的精度无法保证，误差比较大。采周单片微型计算机结合先进的激光传感技术，就可比较精确的测量伺服电机的机电时间常数，而且可较好的解决测量元件转动惯性与信号系数之间的矛盾。

    用单片微型计算机测量直流伺服电机机电时间常数系统原理图如图3所示。图中，单片微型计算机采用mcs-51系列8031型，外接程序存贮器eprom2716。显示器用4位共阴极led显示结果。fd39-gp16为微型打印机，该微型打印机的特点可和多种微处理器连接，使用单一的+5v电源。它和主机之间的信息传送可采用查询方式或中断方式。

    til117为光电耦合器，用来控制直流接触器2c的吸合释放，同时防止其它干扰信号窜入单片机系统。til117输入端接地点和单片机系统接地点连在一起。

    前置端速度检测部分由激光源jge、光电管gdg、反射盘fp和支承圆盘组成。36个光电管均匀的分布在支承圆盘上构成光电盘，则电机每转一转，光电盘输出36个脉冲。反射盘成45度角贴装在电机轴伸端，其构成由轻质材料构成，则反射盘的转动惯量完全可以忽略。

由伺服电机过渡过程理论可知，电机的转速是一个二阶微分方程

    在大多数情况下，特别是有放大器内阻与电枢绕组相串联时，可忽略不计。于是式(1)可简化为一阶微分方程。

    因此一个实际的二阶惯性环节简化为一阶惯性环节， 对式(3)进行积分可得

     

    当t=3时，电机的转速，就接近空载转速，因此式(4)可以简化为

       

电机转速和脉冲数的关系

    将上面有关公式编成子程序存入单片机内，可方便的进行有关计算。

    单片机测量系统在测量时间常数tm时，首先由单片机的口p20口输出一个开关量，通过光电耦合器t//117使直流接触器zc线圈通电，接触器zc吸合，启动直流伺服电机s，相当于在电机电枢绕组上，加一额定阶跃控制信号。前置端激光速度传感部分输出反应转速的脉冲信号，该信号经lf324放大后直接进入单片机8031的计数口to进行计数，并由计算程序换算成相应的转速值送led显示。启动直流伺服电机的同时，单片机内部计时器开始计时间，一直到to口测得电机转速到空载转速为止。系统进入中断状态，在中断程序，一方面控制zc停止电机，另一方面进行数值处理和曲线拟合，最后把时间常数tm送led显示，同时打印机打印出数值和曲线。