【论文摘要】脉冲编码器、测速发电机是传动系统中常用的速度传感器，其性能好坏直接影响控制系统的品质指标。本文设计实现了一种基于微机脉冲编码器、测速发电机性能自动测试系统，对该系统的硬件构成和软件分析功能进行了详细讨论。
葛芦生1 张英杰1 王兆聚2
(1.安徽工业大学，马鞍山 243002；2.宝钢(集团)公司，上海 200019)
1 前言
脉冲编码器、测速发电机是电气传动系统中常用的速度传感器，其性能好坏直接影响控制系统性能指标。但在大量现场运行过程中，由于速度传感器性能原因导致控制系统不能正常运行，需停止机组运行进行设备更换和系统调试，在现代化连续生产中所造成的损失是非常惊人的。故研制专用离线测试系统，对脉冲编码器和测速发电机进行综合性能测试，确保在生产线所更换的备件性能指标符合要求是十分必要的。
2 系统构成
本系统采用基于微机的自动测试装置，硬件系统主要包括两部分：机械安装平台和计算机测试平台。如图2—1所示。
2.1 机械动力测试平台
本系统测试对象为各种型号的脉冲编码器和测速发电机，首先需要机械动力。本系统采用一套交流调速系统实现测试运行硬件环境。由于被测设备尺寸、规格、安装方式均有所不同，要在同一套动力系统中测试，机械法兰接手加工至关重要。本系统根据现场所用的各类测速机、脉冲编码器尺寸和安装方式，设计制作了十套不同的法兰接手装置，使本系统具备了机械安装测试的通用性。
2.2 计算机测试平台
本系统被测设备为脉冲编码器和测速发电机，既有模拟量也有数字量。系统配置了高速A／D板、低速A／D板、计数器板。
2.2.1 高速A／D板
脉冲编码器一般有A、B相脉冲、Z脉冲(零脉冲)输出；编码器每转一圈输出一个零脉冲 ，A、B相脉冲数由编码器型号确定，正常情况下，A、B相相位差为90°。为得到上述指标参数，本系统将编码器输出脉冲作为模拟量进行采集，由于高脉冲编码器输出脉冲频率很高，本系统配置超高速A／D板(磐仪公司PCI 9810)一块，其单通道采样速率达到20MHz。现场使用的高脉冲编码器为2 048个/转，最高转速5 000 r/min，则脉冲频率2 048×5 000／60＝166.7kHz。高速A／D卡每周期可采样60个点，满足采样频率的要求。
2.2.2 低速A／D板
测速发动机输出低频信号，其主要技术指标线性度、重复性、纹波系数。本系统配置100kHz A／D卡，实现纹波系数测试。
2.2.3 计数器／定时器板
本系统采用双轴电机，其中一个轴安装一标准脉冲编码器，实现实际电机转速精确测量。
2.2.4 信号调理
为实现本系统电气测试通用性，对所有被测设备、输出信号幅值进行信号变换。
1)测速发电机
根据一般测速机的速度范围设置5组量程。
2)脉冲编码器
5V和24V输出两种电压，24V输出必须转换为5V，以便和9810高速A／D卡输入范围对应 ，见表2—1所示
3 软件测试功能
3.1 编码器测试
3.1.1 零脉冲测试原理
正常情况下，Z相脉冲频率一定，即周期不变，则第一个脉冲至第二个脉冲之间时间间隔T12应该等于第二个脉冲至第三个脉冲之间时间间隔T23，同理有：
T12＝T23＝…T(n－1)n (3—1)
如果不相等，说明零脉冲有丢失。
因此，可以采用“等间隔法”判断零脉冲是否有丢失，即采集Z脉冲波形，记下上升沿的时间坐标，求取相邻上升沿的时间间隔，分析、比较是否相等，进而做出判断。
3.1.2 A、B相每转脉冲数测试原理
正常情况下，编码器旋转一周(即两个零脉冲之间)，A(或B)相脉冲数目应该是1024个 ；否则，则有丢失。
据此，可以利用“软件计数法”对两个零脉冲之间的A(或B)相脉冲进行计数，从而判断是否有脉冲丢失。
3.1.3 A、B相相移测试原理
编码器正向旋转时，A、B相相移测试原理如图3—1所示：
一个周期(T)相位移为360°，正常情况下，A，B相相移为(1／4)T。如图3—1a所示，系统首先采集到A相的第一个脉冲上升沿，然后才采集到B相的第一个脉冲上升沿；而图3—1b正好相反。根据图3—1a，有：
需要注意的是：在利用“等间隔法”判断零脉冲是否有丢失时，必须至少采集3个脉冲 ，才能做出正确判断；在利用“软件计数法”测量A，B相每转脉冲数目时，必须采集两个零脉冲，以保证是在一个周期内计数；在测试A，B相相移时，必须采集两个完整的脉冲波形 ，才能保证计算正确。
3.2 测速机测试
进入测速机测试画面后，设置3个测试功能按钮分别对应测速机3个主要性能指标：纹波系数、线性度、重复性。
3.2.1 纹波系数
纹波系数是测速发电机的主要指标，由于测速机换相片有限，产生的纹波脉冲电动势叠加在测速机输出直流电压上，其频率和转速成正比，其幅值大小和控制系统稳定性密切相关，定义如下：它是指电机在一定的转速下，输出电压交变分量的有效值与输出电压直流分量之比。
测试过程中自动根据测速机额定转速ne，分别在0.2 ne、5 ne、0.8 ne转速下待电机稳定运行后进行数据采集，显示测量数据曲线，自动进行纹波系数计算。
3.2.2 重复性
测速机在正向和反向运行过程中，由于磁滞的影响，正反向(u，n)输出曲线不重合,其定义为：在相同转速下，测速发电机正、反转时的输出电压之差ΔU与两者平均值Uav之比 ：
本系统在测速机0～ne转速范围内，正向和反向对应均匀采集100点，画出正反向(u，n)曲线，自动计算其重复性指标。
3.2.3 线性度
理想情况下，测速机输出电压Un和转速ne之间是完全的线性关系，但测速机在长期运行过程中，由于磁场的变化，其比例发生变化，而在控制系统设计过程中，通常是作为线性元件看待的。因此线性度的大小和控制系统的品质指标是密切相关的，线性度的定义如下 ：
在工作转速范围内，实际输出电压与理想输出电压之差对最大理想输出电压之比：
以n为横坐标，u为纵坐标，根据电机铭牌(ne，ue)，(0，0)画出理想直线。实际测试(n，U)曲线的差值，如图3—2所示：
4 结束语
本系统是机械、电气、仪表、计算机一体化设备，充分利用计算机软件处理功能，实现对脉冲编码器、测速机和离心开关性能测试，对生产中实际使用的设备进行完整测试,确保生产中待更换备件性能指标满足生产要求。本系统经现场试用，产生良好的经济效益,具有很强的推广性。
［参考文献］
［1］葛芦生，张英杰.电气插件板通用测试装置研制［J］.工业仪表与自动化装置，1999.1.
［2］葛芦生，张英杰，刘亮，等.飞剪计算机速度控制系统［J］.自动化仪表，2000，5
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