《傳感器與測(cè)試技術(shù)》課件第9章

第9章機(jī)械工程測(cè)試綜合應(yīng)用實(shí)例9.2基于LabVIEW的測(cè)試系統(tǒng)實(shí)例-電機(jī)轉(zhuǎn)矩測(cè)試系統(tǒng)9.2.1研究背景轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速是電機(jī)的重要特性，是衡量電動(dòng)機(jī)或機(jī)械動(dòng)力裝置能否順利起動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo)。轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速能否精確測(cè)量，對(duì)電機(jī)高性能控制的研究具有重要意義。早期的電機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測(cè)量采用普通的指針式儀表，容易出現(xiàn)如電源電壓波動(dòng)、頻率波動(dòng)、負(fù)載波動(dòng)等因素，會(huì)使儀表的指針擺動(dòng)，工作效率低；此外，由于讀表的非同時(shí)性以及讀數(shù)、記錄、計(jì)算中的各種人為誤差，造成數(shù)據(jù)分散性大，試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度低，試驗(yàn)重復(fù)性差。9.2.1研究背景目前，計(jì)算機(jī)及其相關(guān)技術(shù)，如數(shù)據(jù)采集卡等發(fā)展非常迅速，將測(cè)試技術(shù)推向一個(gè)新的發(fā)展階段，開(kāi)始了基于虛擬儀器的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)。利用計(jì)算機(jī)來(lái)輔助測(cè)量，使數(shù)據(jù)采集、處理及控制融為一體，具有多通道、精度高、速度快、功能強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。9.2.2轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量原理1.轉(zhuǎn)矩測(cè)量原理傳感器轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)值的測(cè)量采用應(yīng)變電測(cè)原理，將被測(cè)轉(zhuǎn)矩傳遞到彈性元件上，根據(jù)彈性元件物理參數(shù)的變化來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)矩，變化的參數(shù)為應(yīng)變，使用的彈性元件是扭軸，等截面圓柱形扭矩的應(yīng)變可由下式計(jì)算：9.2.2轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量原理該應(yīng)變傳感器轉(zhuǎn)矩測(cè)量原理如圖9-30所示。圖9-30應(yīng)變傳感器轉(zhuǎn)矩測(cè)量原理圖9.2.2轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量原理2.轉(zhuǎn)速測(cè)量原理采用光電式檢測(cè)方法，當(dāng)測(cè)速盤(pán)的齒將發(fā)光二極管的光線(xiàn)遮擋住時(shí)，光敏三極管就輸出一個(gè)高電平；當(dāng)光線(xiàn)通過(guò)齒縫射到光敏管的窗口時(shí)，光敏管就輸出一個(gè)低電平。旋轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一圈就可得到與齒數(shù)相應(yīng)的脈沖；計(jì)數(shù)器接收后經(jīng)計(jì)算可以得到轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)。設(shè)在給定時(shí)間t內(nèi)計(jì)數(shù)器測(cè)定的脈沖數(shù)為N，則被測(cè)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)速：

(9-2)式中：z—測(cè)速盤(pán)齒數(shù)。9.2.2轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量原理3.轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速輸出1)轉(zhuǎn)矩輸出在有效的量程范圍內(nèi),傳感器的轉(zhuǎn)矩頻率輸出與對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩值基本上成線(xiàn)性關(guān)系。轉(zhuǎn)矩值與輸出頻率對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)如圖9-31所示。圖9-31轉(zhuǎn)矩值與輸出頻率對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)9.2.2轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量原理下面給出轉(zhuǎn)矩測(cè)量計(jì)算公式。正向轉(zhuǎn)矩輸出值為:反向轉(zhuǎn)矩輸出值為:2)轉(zhuǎn)速輸出每秒鐘測(cè)得的脈沖數(shù)即為傳感器實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)速的頻率值。則該裝置的轉(zhuǎn)速輸出9.2.3轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)的硬件組成如圖9-32所示。傳感器采用JN388型扭矩傳感器，可輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速2路頻率信號(hào)；數(shù)據(jù)采集卡采用NI公司M系列PCI-6251，它有2路16位模擬輸出(2.8MS/s)，24條數(shù)字I/O線(xiàn)和32位計(jì)數(shù)器，具備模擬和數(shù)字觸發(fā)的功能，測(cè)量精度、分辨率和敏感度較高。圖9-32轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)硬件組成圖9.2.3轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)JN388扭矩傳感器將被測(cè)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成與頻率相關(guān)的2路電信號(hào)，送入接線(xiàn)盒SCB68，再送入數(shù)據(jù)采集卡PCI-6251，最后由LabVIEW軟件平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集設(shè)置、數(shù)據(jù)處理及顯示。然后通過(guò)系統(tǒng)顯示的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)波形，來(lái)分析電機(jī)控制是否達(dá)到了效果。9.2.4轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)的前面板如圖9-33所示,主要由數(shù)據(jù)采集設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示部分、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)讀取等幾個(gè)部分組成。9.2.4轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)圖9-33測(cè)試系統(tǒng)軟件前面板9.2.4轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)圖9-34轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速顯示框圖程序9.2.5結(jié)果及分析試驗(yàn)在三電平逆變器變頻調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行三相異步電機(jī)v/f控制和矢量控制的研究。圖9-35(a)、(b)是進(jìn)行v/f控制時(shí),用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)測(cè)得的電機(jī)在突加和突卸負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速波形；圖9-35(c)、(d)是進(jìn)行矢量控制時(shí),用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng)測(cè)得的電機(jī)在突加和突卸負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速波形。9.2.5結(jié)果及分析(a)v/f控制轉(zhuǎn)速波形