伺服电机转速监测系统设计 测速原理和设计

在计算机和网络时代，利用计算机和网络技术对传统产业进行改造，已是大势所趋，而虚拟仪器系统正是计算机和网络技术与传统的仪器技术进行融合的产物，虚拟仪器（VirtualInstrument，简称VI）作为当前自动化仪表领域研究的热点，正越来越受到人们的广泛关注。随着科学技术的不断发展，传统仪器日益暴露出一些缺陷和不足。为了改善实验条件、降低实验成本、更新实验内容，把虚拟仪器引入实验教学已成为一种必然趋势。对于虚拟仪器应用于高校实验教学，目前仍处于起步阶段，但其显著的经济性和实用性已显示出其巨大的优势和潜力。近年来，由于虚拟仪器和网络技术的飞速发展，通过网络来构建虚拟实验室已成为可能，远程教育的学习者通过网络进行远程实验也为时不远。随着虚拟仪器的产生和发展，将带来新型实验方式的产生，推动教育方式的重大转变。

利用虚拟仪器技术开发虚拟示波器是各个领域的工程技术人员一直在从事的研究课题，其中涉及的内容一般都是参考一台物理示波器，通过编程开发出与物理示波器界面和功能相同的虚拟示波器，完全代替传统示波器。虚拟示波不是使用示波管或荧光屏来显示波形，而是使用功能强大的微型计算机来完成信号的处理和波形的显示，利用软件技术在屏幕上设计出方便、逼真的仪器面板，进行各种信号的处理、加工和分析，用各种不同的方式（如数据、图形、图表等）表示测量结果，完成各种规模的测量任务。

目前，伺服控制系统不仅在工农业生产以及日常生活中得到了广泛的应用，而且在许多高科技领域，如激光加工、机器人、数控机床、大规模集成电路制造、办公自动化设备、卫星姿态控制、雷达和各种军用武器随动系统、柔性制造系统以及自动化生产线等领域中的应用也迅速发展。交流伺服电机属于航海设备中使用最频繁的电机，也是其中故障率较高的电机，参数稍微发生变化就会引起系统的抖动，严重影响航行安全。对其进行性能测试，对于提高舰船航海设备的维修保障能力有着重要的意义，其中转速是一个重要性能参数。

1、系统组成及信号流程

本文所设计的转速测试系统主要包括以下几个部分：工控机、数据采集卡PCI－6251、驱动放大单元和红外对管等。控制系统组成框图如图1所示：

图1控制系统组成框图

伺服电机（激磁电压U3，控制电压U4）测试信号流程包括5部分：

(1)工控机通过数据采集卡PCI－6251的AO0和AO1（模拟输出）输出两路严格同相交流信号U1和U2；

(2)U1、U2经驱动放大单元进行电压和功率放大为U3、U4；

(3)U3、U4分别连接到交流伺服电机的激磁端和控制端，电机开始转动；

(4)电机转动带动连接在其中轴上的自制齿轮盘转动，齿轮盘上的牙齿会间断性遮挡在红外对管的二极（5）管发射极和三极管接收极之间，使得三极管输出脉冲信号；

(5)脉冲信号传输至数据采集卡PCI－6251的AI（模拟输入），并以波形方式显示在工控机上，同时通过程序得到交流伺服电机的转速。