基于示波器卡和LabVIEW的馬達編碼器測試系統

為了對伺服馬達部件內的編碼器質(zhì)量進(jìn)行自動(dòng)評定，本文提出了一種采用三塊5102 PCI插卡示波器，通過(guò)RTSI總線(xiàn)進(jìn)行同步，組建一個(gè)基于PC的自動(dòng)測試系統，并用LabVIEW對測量進(jìn)行控制的解決方案，著(zhù)重介紹了解決不同板卡之間同步問(wèn)題的技巧。

Inductive Components公司需要對自己生產(chǎn)的伺服馬達內的編碼器質(zhì)量進(jìn)行評定并打印單據，請Caron Engineering公司開(kāi)發(fā)了一個(gè)自動(dòng)測試系統來(lái)測試伺服馬達部件。理想情況下，操作員只需簡(jiǎn)單地連接伺服裝置，并選擇需要測試的馬達/編碼器組合。 測試過(guò)程將檢查正確的馬達，然后確定編碼器通道A、B、指示脈沖和所有其它通道(總共六個(gè)通道)的質(zhì)量情況。

硬件組成

系統中選用了NI 5102 基于計算機的示波器，因為它的速度很快，并能通過(guò)一個(gè)公共觸發(fā)裝置與其它NI 5102儀器進(jìn)行同步，同時(shí)還易于與LabVIEW集成。選擇Sorensen可編程電源是因為它能量大(80 VDC，1000W)，還能通過(guò)PC機的RS-232口設置和檢驗精確的電壓和電流范圍。系統選用了一臺166 MHz的奔騰PC機，運行Windows NT操作系統。

測試過(guò)程

測試系統啟動(dòng)馬達，并在Ke(馬達電壓常數)下對編碼器進(jìn)行測試。對于一臺特定的馬達，Ke是指產(chǎn)生1000 rpm轉速的電壓。這項測試用來(lái)證實(shí)被測試的是正確的馬達，并且其轉動(dòng)方向也是正確的。指示脈沖用來(lái)確定馬達的實(shí)際轉速。

如果測出的轉速為1000rpm，那么給定的Ke與被測馬達相對應。在1000rpm轉速下，系統將檢測編碼器的質(zhì)量。主要參數有每轉計數、各通道的幅度與 占空比，需要測試的其它參數還有通道A、B以及它們之間上升沿和下降沿的相位偏差。指示脈沖的寬度及其相對通道A的對齊程度對于伺服系統的自導引序列也很 關(guān)鍵。

軟件集成

在系統的整體集成方面，初始用戶(hù)界面為一個(gè)VB應用程序，用戶(hù)從 Access數據庫中選擇馬達/編碼器部件，輸入一個(gè)串行號碼，即可開(kāi)始測試。VB應用程序將設定電源的電壓和電流范圍。當被測部件到達一個(gè)穩定狀態(tài)時(shí)， Ke和編碼器線(xiàn)計數等重要參數通過(guò)動(dòng)態(tài)數據交換(DDE)傳遞給LabVIEW，然后通過(guò)指示脈沖檢查速度，并執行測試。其后，有關(guān)的參數被傳回VB，程 序將判斷測試通過(guò)與否并提醒操作員，還可打印相應的標簽或單據；此時(shí)，又可以開(kāi)始下一次測試過(guò)程。

設計難點(diǎn)

設計難點(diǎn)是必須在所有重要速度上確定監控編碼器質(zhì)量所需的PC掃描速率，測試的目的是要獲得1度/脈沖周期的分辨率，即使對1000rpm的2,500線(xiàn)編 碼器也不例外。在最極端的情況下，需要的掃描速率為15MS/s，以便使每通道獲得900,000個(gè)采樣(每個(gè)采樣值為16位)。系統共使用了6個(gè)通道共 三塊5102插卡，每塊插卡上兩個(gè)通道。

在這個(gè)掃描速率下，存儲需求也很大。由于5102這樣的插卡沒(méi)有足夠的卡上存儲空 間，采樣數據必須以測試掃描速率輸入到PC系統的RAM中，因此對5102的PCI總線(xiàn)控制能力提出了嚴格的要求。集成這個(gè)基于PC的測試系統的最后一個(gè) 難題是三塊示波器卡的同步問(wèn)題。在編碼器中，精確地確定通道A脈沖的上升時(shí)間與通道B脈沖的上升或下降時(shí)間之間的偏差非常關(guān)鍵。

例如，馬達正向轉動(dòng)時(shí)，在馬達整個(gè)轉動(dòng)過(guò)程的脈沖周期中，通道A應該領(lǐng)先通道B 90度，伺服控制器依靠這一特性來(lái)準確確定轉向。與通道A、B相關(guān)的指示脈沖的時(shí)序也很重要。為了獲得準確的結果，必須將一塊5102卡的觸發(fā)傳遞到另兩 塊5102卡，這樣所有6個(gè)通道都能采集相同起始和結束時(shí)間之間的數據。

盡管其它基于PC的示波器制造商或許也能滿(mǎn)足前兩個(gè) 要求，但是RTSI總線(xiàn)是滿(mǎn)足嚴格同步要求的唯一有效選擇。采用RTSI總線(xiàn)系統將三塊示波器卡連接在一起，可以非常方便地讓所有板卡同時(shí)觸發(fā)。雖然從主 卡到兩塊從卡有一點(diǎn)延遲，但在給定的掃描速率下，很容易將其量化為一個(gè)固定的掃描計數值，并通過(guò)各卡單獨設置的預觸發(fā)掃描操作來(lái)進(jìn)行補償。

本文小結

采用5102示波器卡和LabVIEW環(huán)境構成的測試系統可以精確地測試作為伺服馬達裝配部件的編碼器質(zhì)量，在PC機中按要求及時(shí)同步、收集和分析完整數據 的能力證明：通過(guò)DDE(或任何其它數據傳遞方法)將數據傳遞給LabVIEW的能力使測試系統可以采用任何用戶(hù)界面和數據庫，系統選用的電源提高了本系 統與其它應用之間的可移植性，同時(shí)還降低了開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本。