多功能实用电机测试线路
崔淑梅 郑 萍 朱春波 程树康（哈尔滨工业大学）
1引言
在 电机的测试中，经常要进行位置（或角度）及速度的测试。光电编码器由于既可作速度信号传感器，又可作位置信号传感器，且精度高，无疑是这类传感器的优选者。选择了传感器并不意味着就可以做实验、测数据了。因为必须对传感器的信号进行处理，才能得到想要的信息。而在科研和生产中，有时并没有必要由此制作一个系统或一台仪器。因为太费时费力。因而设计了一个简单实用的光电编码器后续电路。利用该线路再配上一些通用仪器设备就可以做很多电机实验。 2原理及组成
图1是这个测试线路的框图。信号整理部分将光电编码器送来的信号进行预处理，以供后两部分利用。位置信号形成部分负责将经过整理后的传感器 的频率信号转化为电压信号。速度信号形成部分完成将频率信号转换为代表电机速度的电压信号的任务，其转速方向由电压正负表示。
2.1信号整理部分
包括整形辨向电路及分频电路。因为光电编码器的输出信号为两路相位相差90度的信号A、B，如图2所示。要得到正、反向信号，要进行整形、辨向，可用图3所示电路实现。
因为被测电机转速范围不同，所用编码器精度是一定的，而F/V转换频率及计数器位数有限；为了与不同精度的编码器相配合，测试不同的速度，需配以分频电路。这部分可根据需要选用不同倍数的分频器。图4是一由三片双10进制计数器74LS390组成的两路1 000分频的分频器。从不同的引脚引出可得到不同的分频数。以x路为例，分别从每片74LS390的A端，可得到10分频，100分频，1 000分频。
若系统配有单片机，可采用8253或8254可预置数计数器来做分频器，实现任意分频，这样可节省硬件。
也可用其它结构分频器，但需注意芯片的带宽，即可用的****频率。因为若电机转速较高，而编码器也采用较高精度，则脉冲信号的频率将很高。如电机转速为5 000r/min，编码器一圈输出脉冲数为36 000，则来自传感器的信号频率为：(5000/60)×36000-3MHz
2.2位置信号形成部分
与电机轴同轴的光电编码器输出与转角（或转速）有关的正余弦信号。经整形辨向电路分离为与转角成比例的正向脉冲信号和反向脉冲信号，这两路信号送到可逆计数器，得到电机位置的数字量累积，然后经过变换变为模似量，最后由增益放大调节电路，变为适于显示的代表位置的电压信号。
本部分电路还包括位置预置电路。通过8位开关预置一个位置，加法器将给定位置与现位置（通过锁存器记忆的计数器数值）相加，由控制脉冲控制，送入计数器，即给计数器置数。单稳电路是为可靠置数设置的。另外还可通过电踣实现计数器的清零。
该部分一个实用的线路，如图5所示。
可逆计数器选用2个4位加减可逆计数器74LS193。4568为双4位数锁存器，用来锁存计数器的数值。用二个4位超前进位全加器4008做加法器。4528为双单稳态多谐振荡器，使计数器可靠清零、置数用。D/A选用8位D/A，如DAC0800即可。
利用该部分线路，可测试与步进电动机位置（转角）有关的项目。如单步响应、步距精度等。测试时，只需将传感器与该部分线路接好。驱动电机，按要求运行，用示波器或电压表从A端可获得电机的转角信号。
2.3速度信号形成电路
频率／电压转换器将来自分频器的代表正、反速率的两路脉冲信号转变为一个与速率成正比的电压信号，然后由加法电路实现正、反加减，最后得到一个具有正负的电压信号。电压的大小表示速度的大小，正、负表示速度的方向。将此信号接于示波器或电压表即可观察，测试电机的速度。具体线路见图6。
F/V转换器选用LM311。对一片LM331，按图示接法，C点输出电压Ve为：
调节R17，可使lkΩ的厂lN输入对应IV电压输出。
LM331可测****频率为l0kHz。因而测试时，首先大致了解所测电机****转速及编码器一圈输出脉冲数，从而由所测速度脉冲信号****值决定分频器的分频数。
正、反转信号加、减由一片双运放LM358实现，其中可变电阻R用来调节放大倍数。
测试前，选用一标准脉冲信号（如信号发生器的输出或示波器的标准信号），校准该部分线路，即对该部分定标。
测试时，只须将传感器与线路接好，驱动电机按要求运转，即可用示波器或电压表从B端获得电机的速度信号。若须记忆瞬对速度，可接一记忆示波器，记忆后由打印机或绘图机输出。
3实际应用举例
下面给出该线路在步进电机测试中的几个应用实例。实用连接见图7。利用记忆示波器或电压表做为测试结果的输出设备。
3.1步距精度的测试
驱动步进电机，使其单步运行，由电压表读出前后两步的电压值，则电压差甜即表示了该步的步距角。若步进电机步距角为1.5度，光电编码器为3 600脉冲／r，则一步为15个脉冲。256个脉冲对应5V，理论上一个步距角对应的输出为15×(5/256)V，将理论步距角与实测步距角相比较，即可得出步距误差。
3.2单步响应的测试
驱动步进电机，使其单步运行，由记忆示波器记录下该过渡过程。实际测试曲线见图。
3.3振动特性的测试
驱动步进电机在一定频率下运行，它的平均角速度是给定的。与被测电动机同轴连接的光电编码器输出的脉冲频率f正比于被测电机转子角速度的瞬时值，f经测试线路变为与之成正比的电压V，由记忆示波器记录下来，由此可得到该步进电机在给定脉冲频率下的角速度特性（抄≠）。并可得到角速度振荡的振幅，用峰一峰值(Aa}p-p)表示。改变驱动脉冲频率，可以得到不同工作频率下的角速度特性和角速度振荡振幅。由此可得出步进电动机角速度振荡的幅频特性，即被测电机的振动特性。实涮曲线示于图9。
4结 语
本文提出的多功能实用电机测试电路，具有方便性、经济性和实用性，除文中列举的单步响应、步距精度及振动特性的测试项目外，辅以力矩传感器，还可用于矩频特性、惯频特性等的测试。本文以步进电动机为实测对象，原则上，该电路也适用于其他电机的测试。
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