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直线型超声电机是20世纪80年代发展起来的一种新型电机,它除了具有超声电机的一系列特点之外,还具有无需运动转换机构,可以直接实现直线运动,结构简单等优点。这些特点使得直线型超声电机在微机电系统、精密定位、航空航天、精密机床等方面有很广阔的应用前景。但由于缺乏较好的专门检测装置,使得直线型超声电机的一些重要参数没法精确测量,影响了其研发进程和实际应用。本文把测试领域的热点技术——虚拟仪器技术,应用到直线超声电机的参数检测上,建立了一套以LabVIEW为开发平台的超声电机检测系统。
本文首先介绍了国内外超声电机检测系统的研究现状、虚拟仪器的基本知识和超声电机检测系统应用虚拟仪器的优势,然后详细地介绍了基于LabVIEw的超声电机检测系统实现的理论方法、硬件构成和软件设计方法,最后通过对两台结构不同的直线型超声电机的检测,证实了该检测系统的可行性。具体研究内容包括:
(1)利用虚拟仪器技术,以计算机为平台,LabVIEW为编程软件,高速数据采集卡USB-6251为采集设备,霍尔电压、电流传感器和非接触式位移传感器为检测元件,构建了一个针对直线型超声电机的检测系统。该检测系统既能对超声电机的某个参量进行单独测试,又能同时对多个参量进行测试,并且还具有数据记录和波形回放功能。
(2)检测系统的硬件电路包括自行设计的触发电路和信号调理电路。其中,触发电路是从超声电机的驱动电源部分,加上分压电路得到的;信号调理电路包括信号放大、滤波电路等。并用SPSS10.0软件对信号调理电路进行了输入和输出标定。
(3)系统软件部分包括电参量测试、运动特性测试和整体测试三大测试主程序和波形回放程序。此外,还包括有效值计算、频率计算、速度和加速度计算等子程序。在软件算法实现上,有效值的计算采用多点采样法;频率计算在传统过零点的基础上,采用线性插值法;速度测试是利用微分思想,将位移传感器得到的位移信号微分得到的;加速度曲线是对速度曲线的再次微分。
(4)由于没有标准的电压源和电流源,测试系统的测量误差无法精确给定,本文只给出了算法误差。其中有效值的算法误差<0.3%,频率计算的算法误差<0.02%。本文中将检测系统的测试结果和使用示波器测试的结果进行了对比,在采样率大概一致和进行同样的数字滤波前提下,两者曲线趋势和数值大致相同,从而证明了本系统有一定的可信性和可靠性。
(5)应用本文设计的检测系统对两台结构不同的大功率纵、弯复合模态直线型电机进行了测试,分别绘出它们的启动、工作和制动过程中的电压有效值、电流有效值、频率、位移、速度和加速度等曲线,从曲线上可确定出超声电机的响应时间和稳态速度、最大加速度等参量,同时还能对采集的数据进行数字滤波和频谱分析等数字信号处理。
实验证明,利用虚拟仪器开发直线型超声电机检测系统,具有实现方便、扩展容易和界面直观、形象的优点,具有很好的应用价值和前景。