原创 基于示波器卡和LabVIEW的马达编码器测试系统

基于示波器卡和LabVIEW的马达编码器测试系统

作者：Jonathan Robertson

电子工程师

为了对伺服马达部件内的编码器质量进行自动评定，本文提出了一种采用三块5102 PCI插卡示波器，通过RTSI总线进行同步，组建一个基于PC的自动测试系统，并用LabVIEW对测量进行控制的解决方案，着重介绍了解决不同板卡之间同步问题的技巧。

        Inductive Components公司需要对自己生产的伺服马达内的编码器质量进行评定并打印单据，请Caron Engineering公司开发了一个自动测试系统来测试伺服马达部件。理想情况下，操作员只需简单地连接伺服装置，并选择需要测试的马达/编码器组合。 测试过程将检查正确的马达，然后确定编码器通道A、B、指示脉冲和所有其它通道(总共六个通道)的质量情况。

硬件组成

        系统中选用了NI 5102 基于计算机的示波器，因为它的速度很快，并能通过一个公共触发装置与其它NI 5102仪器进行同步，同时还易于与LabVIEW集成。选择Sorensen可编程电源是因为它能量大(80 VDC，1000W)，还能通过PC机的RS-232口设置和检验精确的电压和电流范围。系统选用了一台166 MHz的奔腾PC机，运行Windows NT操作系统。

测试过程

        测试系统启动马达，并在Ke(马达电压常数)下对编码器进行测试。对于一台特定的马达，Ke是指产生1000 rpm转速的电压。这项测试用来证实被测试的是正确的马达，并且其转动方向也是正确的。指示脉冲用来确定马达的实际转速。

        如果测出的转速为1000rpm，那么给定的Ke与被测马达相对应。在1000rpm转速下，系统将检测编码器的质量。主要参数有每转计数、各通道的幅度与 占空比，需要测试的其它参数还有通道A、B以及它们之间上升沿和下降沿的相位偏差。指示脉冲的宽度及其相对通道A的对齐程度对于伺服系统的自导引序列也很 关键。

软件集成

        在系统的整体集成方面，初始用户界面为一个VB应用程序，用户从 Access数据库中选择马达/编码器部件，输入一个串行号码，即可开始测试。VB应用程序将设定电源的电压和电流范围。当被测部件到达一个稳定状态时， Ke和编码器线计数等重要参数通过动态数据交换(DDE)传递给LabVIEW，然后通过指示脉冲检查速度，并执行测试。其后，有关的参数被传回VB，程 序将判断测试通过与否并提醒操作员，还可打印相应的标签或单据；此时，又可以开始下一次测试过程。

设计难点

        设计难点是必须在所有重要速度上确定监控编码器质量所需的PC扫描速率，测试的目的是要获得1度/脉冲周期的分辨率，即使对1000rpm的2,500线编 码器也不例外。在最极端的情况下，需要的扫描速率为15MS/s，以便使每通道获得900,000个采样(每个采样值为16位)。系统共使用了6个通道共 三块5102插卡，每块插卡上两个通道。

        在这个扫描速率下，存储需求也很大。由于5102这样的插卡没有足够的卡上存储空 间，采样数据必须以测试扫描速率输入到PC系统的RAM中，因此对5102的PCI总线控制能力提出了严格的要求。集成这个基于PC的测试系统的最后一个 难题是三块示波器卡的同步问题。在编码器中，精确地确定通道A脉冲的上升时间与通道B脉冲的上升或下降时间之间的偏差非常关键。

        例如，马达正向转动时，在马达整个转动过程的脉冲周期中，通道A应该领先通道B 90度，伺服控制器依靠这一特性来准确确定转向。与通道A、B相关的指示脉冲的时序也很重要。为了获得准确的结果，必须将一块5102卡的触发传递到另两 块5102卡，这样所有6个通道都能采集相同起始和结束时间之间的数据。

        尽管其它基于PC的示波器制造商或许也能满足前两个 要求，但是RTSI总线是满足严格同步要求的唯一有效选择。采用RTSI总线系统将三块示波器卡连接在一起，可以非常方便地让所有板卡同时触发。虽然从主 卡到两块从卡有一点延迟，但在给定的扫描速率下，很容易将其量化为一个固定的扫描计数值，并通过各卡单独设置的预触发扫描操作来进行补偿。

本文小结

        采用5102示波器卡和LabVIEW环境构成的测试系统可以精确地测试作为伺服马达装配部件的编码器质量，在PC机中按要求及时同步、收集和分析完整数据 的能力证明：通过DDE(或任何其它数据传递方法)将数据传递给LabVIEW的能力使测试系统可以采用任何用户界面和数据库，系统选用的电源提高了本系 统与其它应用之间的可移植性，同时还降低了开发时间和成本。