超聲電機(jī)特性測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉哲男，趙首帥，彭繼平

(1. 91404部隊(duì)340所, 河北 秦皇島 066000； 2. 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 控制與仿真中心，黑龍江 哈爾濱 150080)

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超聲電機(jī)特性測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉哲男1，趙首帥2，彭繼平2

(1. 91404部隊(duì)340所, 河北 秦皇島 066000； 2. 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 控制與仿真中心，黑龍江 哈爾濱 150080)

為測(cè)試和分析超聲電機(jī)的關(guān)鍵性能，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種高精度、 功能強(qiáng)大的超聲電機(jī)特性測(cè)試平臺(tái). 測(cè)試平臺(tái)硬件部分采用電機(jī)加載方式對(duì)超聲電機(jī)實(shí)施加載，并利用轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速，高精度功率分析儀分析驅(qū)動(dòng)信號(hào)，軟件部分采用Visual C++和 MATLAB混合編程實(shí)現(xiàn)各部分與上位機(jī)間的通信以及數(shù)據(jù)的采集、 分析和處理. 最后基于設(shè)計(jì)的測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行了超聲電機(jī)靜態(tài)特性測(cè)試的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了測(cè)試平臺(tái)的可應(yīng)用性.

超聲電機(jī)； 加載伺服； 混合編程； 數(shù)據(jù)采集； 數(shù)據(jù)分析

超聲電機(jī)( Ultrasonic Motors，USM) 是一種新型直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，它利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)將高頻的電能轉(zhuǎn)化為定子的高頻機(jī)械振動(dòng)能量，然后通過定子和轉(zhuǎn)子之間的摩擦力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng). 由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、 低速大轉(zhuǎn)矩、 無電磁干擾、 響應(yīng)快、 控制精度高[1]等一些電磁電機(jī)在特殊場(chǎng)合應(yīng)用時(shí)所無法比擬的特性，超聲電機(jī)及其控制器的研究成為微特電機(jī)領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn). 超聲電機(jī)由于建模困難，電氣等效模型不能很好地反映其實(shí)際特性，因此通過測(cè)試試驗(yàn)分析其各項(xiàng)性能顯得尤為重要[2]. 由于超聲電機(jī)的測(cè)試項(xiàng)目較多，對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的要求也較高，目前已有的測(cè)試系統(tǒng)多存在功能單一，開發(fā)周期長(zhǎng)，投資大等缺點(diǎn)，對(duì)超聲電機(jī)許多重要參數(shù)指標(biāo)還沒有進(jìn)行綜合測(cè)試和評(píng)價(jià)的通用測(cè)試裝置[3,4]. 超聲電機(jī)的測(cè)試項(xiàng)目可分為模態(tài)測(cè)試、 特性測(cè)試、 壽命測(cè)試及其他方面的測(cè)試，其中特性測(cè)試包括瞬態(tài)特性測(cè)試、 機(jī)械特性測(cè)試等[5]. 文獻(xiàn)[6]利用DSP和PC設(shè)計(jì)了一種超聲電機(jī)的瞬態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)，不過功能單一，不具備擴(kuò)展性. 文獻(xiàn)[7]借助虛擬儀器技術(shù)利用Labview搭建了可用于測(cè)試超聲電機(jī)速度特性的測(cè)試系統(tǒng)，有一定的擴(kuò)展性. 文獻(xiàn)[8]同樣基于Labview構(gòu)建了一個(gè)超聲電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，可測(cè)試多個(gè)電參量和速度值，具備了一定的通用性. 不過以上介紹的特性測(cè)試平臺(tái)依然設(shè)備簡(jiǎn)單、 功能極為有限，且不能達(dá)到高精度的測(cè)量需求. 本文將搭建一個(gè)多功能的超聲電機(jī)特性測(cè)試平臺(tái)，用Visual C++程序構(gòu)建可進(jìn)行電機(jī)特性測(cè)試的人機(jī)交互系統(tǒng)，以測(cè)試和分析超聲電機(jī)的關(guān)鍵性能，包括機(jī)械特性、 啟動(dòng)和關(guān)斷響應(yīng)特性、 驅(qū)動(dòng)特性等，為高性能驅(qū)動(dòng)控制器的研發(fā)提供參考.

1 系統(tǒng)方案總體設(shè)計(jì)

1.1 測(cè)試平臺(tái)的功能與組成

超聲電機(jī)特性測(cè)試分為靜態(tài)特性測(cè)試與動(dòng)態(tài)(瞬態(tài))特性測(cè)試兩個(gè)方面. 靜態(tài)特性測(cè)試包括機(jī)械特性測(cè)試、 驅(qū)動(dòng)特性測(cè)試； 動(dòng)態(tài)特性測(cè)試包括啟動(dòng)和關(guān)斷響應(yīng)測(cè)試、 變負(fù)載測(cè)試. 對(duì)超聲電機(jī)進(jìn)行機(jī)械特性測(cè)試，可獲得其機(jī)械特性硬度，同時(shí)可以測(cè)得空載轉(zhuǎn)速與堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩； 對(duì)超聲電機(jī)進(jìn)行不同控制模式下的驅(qū)動(dòng)特性測(cè)試，可獲得其調(diào)幅、 調(diào)頻、 調(diào)相特性曲線，對(duì)研究調(diào)速方法頗有助益； 對(duì)超聲電機(jī)啟動(dòng)響應(yīng)和關(guān)斷響應(yīng)測(cè)試，可驗(yàn)證其快速響應(yīng)性能； 對(duì)超聲電機(jī)進(jìn)行變負(fù)載試驗(yàn)，可以考察電機(jī)運(yùn)行過程對(duì)負(fù)載擾動(dòng)的應(yīng)變能力.

超聲電機(jī)特性測(cè)試試驗(yàn)平臺(tái)的硬件部分由被試電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)、 加載機(jī)構(gòu)、 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、 電信號(hào)測(cè)量?jī)x器等組成； 軟件部分由數(shù)據(jù)處理模塊與控制算法模塊組成. 測(cè)量信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡傳輸至上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)測(cè)試試驗(yàn)內(nèi)容，向驅(qū)動(dòng)部分及加載機(jī)構(gòu)輸出相應(yīng)的控制指令. 從功能上講，整個(gè)測(cè)試平臺(tái)可分為3個(gè)子系統(tǒng)： 加載子系統(tǒng)、 測(cè)量子系統(tǒng)和上位機(jī)軟件子系統(tǒng).

1.2 硬件臺(tái)架方案的分析與確定

加載子系統(tǒng)為被試電機(jī)提供可調(diào)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩. 加載機(jī)構(gòu)的額定容量和轉(zhuǎn)速應(yīng)符合被試電機(jī)的要求，負(fù)載調(diào)節(jié)完畢后系統(tǒng)應(yīng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行. 對(duì)被試電機(jī)實(shí)施加載可使用測(cè)功機(jī)，也可直接使用電機(jī)加載. 電機(jī)加載具有四象限運(yùn)行、 驅(qū)動(dòng)控制方法成熟等優(yōu)點(diǎn)[9]，并且由于測(cè)功機(jī)加載與電機(jī)加載的加載精度最終均取決于控制電流的大小，所以電機(jī)加載方式也可以達(dá)到很高的加載精度. 本測(cè)試平臺(tái)將選用交流永磁伺服電機(jī)為被試電機(jī)加載，使用MSDA043A1A驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)加載電機(jī).

測(cè)量子系統(tǒng)完成被試電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩的測(cè)量，以及被試電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的測(cè)量. 為保證測(cè)量精度，轉(zhuǎn)速測(cè)量選用數(shù)字測(cè)速傳感器，而避免使用電壓輸出紋波高達(dá)1%的模擬測(cè)速發(fā)電機(jī)； 轉(zhuǎn)矩測(cè)量采用應(yīng)變片式的測(cè)量方式. 本測(cè)試平臺(tái)選用JN338型數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速，其轉(zhuǎn)速測(cè)量原理類似于光電編碼器，轉(zhuǎn)矩測(cè)量原理為應(yīng)變片式. JN338型數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器可輸出兩路頻率信號(hào)，并可在上位機(jī)上將信號(hào)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩信息和轉(zhuǎn)速信息. 加載電機(jī)驅(qū)動(dòng)器向上位機(jī)返回的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速將作為對(duì)超聲電機(jī)加載的參考數(shù)據(jù)，并將其與轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)得的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較. 超聲電機(jī)共有兩路驅(qū)動(dòng)信號(hào)，需測(cè)量并分析驅(qū)動(dòng)電壓、 電流、 功率等多個(gè)參數(shù)，而且測(cè)量分析的實(shí)時(shí)性要求較高，考慮到這兩點(diǎn)，本測(cè)試平臺(tái)選用WT1800高精度功率分析儀來完成對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的測(cè)量，WT1800可實(shí)現(xiàn)最低0.1 Hz低速信號(hào)功率測(cè)量和最快50 ms的高速數(shù)據(jù)采集.

測(cè)試平臺(tái)的硬件組成如圖 1 所示. 加載電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過RS-232接口與上位機(jī)通信以接收控制指令； JN338型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器通過PCI總線測(cè)量板卡與上位機(jī)通信，從而返回轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量值； WT1800高精度功率分析儀通過GPIB接口與上位機(jī)通信，從而返回驅(qū)動(dòng)信號(hào)測(cè)量值. 函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的測(cè)試信號(hào)經(jīng)由線性功放放大后加載在被試超聲電機(jī)上，上位機(jī)通過GPIB接口控制函數(shù)發(fā)生器的輸出，以控制驅(qū)動(dòng)信號(hào).

圖 1 測(cè)試平臺(tái)硬件組成Fig.1 Hardware component of test platform

1.3 軟件系統(tǒng)方案的分析與確定

電機(jī)測(cè)試平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)，應(yīng)遵循自動(dòng)化、 實(shí)用性強(qiáng)、 安全可靠的原則. Visual C++是Windows環(huán)境下最重要的應(yīng)用開發(fā)工具之一，具有強(qiáng)大的調(diào)試功能，并且，從控件公司到硬件開發(fā)商，產(chǎn)品大都提供VC接口，因而VC特別適合組織大型工程[10]，其在工業(yè)方面的應(yīng)用相當(dāng)廣泛和成熟. 考慮到軟件的兼容性，本測(cè)試平臺(tái)主要采用Visual C++6.0為編程工具. 在數(shù)學(xué)運(yùn)算以及繪圖方面，考慮到MATLAB的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，將采用混合編程的方式來實(shí)現(xiàn).

軟件系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖 2 所示，測(cè)試過程可分為自檢與初始化、 數(shù)據(jù)采集、 數(shù)據(jù)分析處理3大部分. 主程序是一個(gè)基于對(duì)話框的MFC工程，程序界面如圖 3 所示. 測(cè)試試驗(yàn)開始前，通過選擇試驗(yàn)項(xiàng)目、 配置相關(guān)參數(shù)完成初始設(shè)定. 點(diǎn)擊“測(cè)試”按鈕后開始測(cè)試過程，整個(gè)測(cè)試流程將在該按鈕控件的響應(yīng)函數(shù)中實(shí)現(xiàn). 首先自檢模塊開始工作，程序自動(dòng)檢測(cè)通信接口以確認(rèn)硬件連接無誤，檢查參數(shù)設(shè)置以確認(rèn)參數(shù)設(shè)置的完整性與合理性，若自檢通過，指示燈將呈綠色. 測(cè)試試驗(yàn)進(jìn)行過程中，相應(yīng)的指示燈將提示當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)： 數(shù)據(jù)采集、 數(shù)據(jù)分析、 結(jié)果顯示. 配置階段選定的測(cè)試曲線與關(guān)鍵數(shù)據(jù)將在程序界面上顯示，并能分別以位圖文件格式和文本文件格式保存在計(jì)算機(jī)上.

圖 2 軟件運(yùn)行流程圖Fig.2 Flow chart of software

圖 3 上位機(jī)軟件主界面Fig.3 Main interface of host software

在程序中數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析處理是分步執(zhí)行的，數(shù)據(jù)采集由C++程序完成，而數(shù)據(jù)的分析處理則通過調(diào)用MATLAB生成的動(dòng)態(tài)連接庫文件完成. 數(shù)據(jù)采集獲得的數(shù)據(jù)量較大，且采集之前無法確定數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，為這些數(shù)據(jù)申請(qǐng)大塊內(nèi)存是不合適的，因?yàn)檫@意味著調(diào)用動(dòng)態(tài)連接庫文件時(shí)，需將它們以龐大的參數(shù)矩陣形式傳遞過去，十分不便. 為解決這個(gè)問題，采取的方案是首先將采集得到的數(shù)據(jù)以文本文件的形式存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)硬盤中，不同類型的測(cè)量數(shù)據(jù)分別存入不同的文件，然后數(shù)據(jù)分析程序從文本文件中讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而避免了大內(nèi)存占用和單次大容量的數(shù)據(jù)讀取. 只要保證C++程序與MATLAB程序共享相同的文件格式和命名規(guī)則，就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的成功傳遞.

為實(shí)現(xiàn)測(cè)試軟件系統(tǒng)的一體化與自動(dòng)化，優(yōu)化軟件的系統(tǒng)架構(gòu)，需在不同測(cè)試階段、 不同通道之間共享與系統(tǒng)整體有關(guān)的全局變量，如測(cè)試項(xiàng)目代號(hào)、 當(dāng)前狀態(tài)代號(hào)、 參數(shù)配置選項(xiàng)、 數(shù)據(jù)文件指針以及各通信線程的句柄等，這些關(guān)鍵變量均以全局變量的形式出現(xiàn)在整個(gè)程序中，從而使得整個(gè)軟件系統(tǒng)的不同模塊、 不同線程之間可通過這些變量相互聯(lián)系.

2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

2.1 通信接口模塊程序設(shè)計(jì)

MSDA043A1A驅(qū)動(dòng)器通過RS-232接口與上位機(jī)通信. RS-232為全雙工異步通訊，MSDA043A1A驅(qū)動(dòng)器屬于MINAS系列驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器的通信協(xié)議如圖 4 所示，數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)如圖 5 所示. 為簡(jiǎn)化通信的代碼實(shí)現(xiàn)，在上位機(jī)程序中自行編寫數(shù)據(jù)包操作函數(shù)，可完成數(shù)據(jù)包有效性判斷、 數(shù)據(jù)包比較、 數(shù)據(jù)包生成等功能，并配合虛擬串口編寫虛擬MINAS驅(qū)動(dòng)器的VC程序，以方便調(diào)試.

圖 4 驅(qū)動(dòng)器通信協(xié)議握手方式Fig.4 Handshake protocol of driver

圖 5 驅(qū)動(dòng)器通信協(xié)議數(shù)據(jù)包格式Fig.5 Data pack format of Handshake protocol

JN338型轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器通過配套的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速測(cè)量板卡與上位機(jī)通信，相應(yīng)動(dòng)態(tài)連接庫文件為用戶提供了多種功能接口，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備打開與關(guān)閉、 兩路頻率測(cè)量等功能.

WT1800功率分析儀GPIB接口同上位機(jī)的通信可借助82357A型USB/GPIB轉(zhuǎn)接器從而方便地實(shí)現(xiàn)，配合Visa IO Library函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備打開與關(guān)閉、 通道設(shè)置、 數(shù)據(jù)讀取等功能.

為保證各通信模塊之間及其與主程序之間的相互獨(dú)立性，提高運(yùn)行效率，同時(shí)避免某項(xiàng)任務(wù)長(zhǎng)時(shí)間占用CPU，通信接口模塊程序采用多線程機(jī)制.

2.2 數(shù)據(jù)分析模塊程序設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)的分析處理部分采用MATLAB與Visual C++混合編程實(shí)現(xiàn). 不同測(cè)試項(xiàng)目有不同的數(shù)據(jù)分析要求，對(duì)應(yīng)于不同的M文件. 將M文件編譯為動(dòng)態(tài)鏈接庫文件，并設(shè)置好VC運(yùn)行環(huán)境，就可在VC中實(shí)現(xiàn)調(diào)用. 生成繪圖窗口之后，在VC程序中設(shè)置其父窗口為主程序界面的圖形控件，便可實(shí)現(xiàn)繪圖窗口到主窗口的嵌入. 該方法代碼執(zhí)行效率較高，且圖形窗口嵌入VC界面后圖像不失真，運(yùn)行時(shí)不依賴本機(jī)安裝的MATLAB軟件[11].

3 超聲電機(jī)測(cè)試試驗(yàn)

基于所設(shè)計(jì)的超聲電機(jī)特性測(cè)試平臺(tái)，進(jìn)行了超聲電機(jī)靜態(tài)特性的自動(dòng)化測(cè)試試驗(yàn). 靜態(tài)特性測(cè)試的原理如圖 6 所示，圖6中上半部分為被試超聲電機(jī)系統(tǒng)框圖，下半部分為伺服電機(jī)系統(tǒng)框圖. 被試超聲電機(jī)為主動(dòng)機(jī)，加載電機(jī)為被動(dòng)機(jī)，二者剛性聯(lián)軸. 對(duì)加載電機(jī)進(jìn)行速度控制，指令轉(zhuǎn)速為零，電機(jī)轉(zhuǎn)矩限制為TM. 由于最終穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速不等于指令轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩限制實(shí)際形成了一個(gè)飽和環(huán)節(jié)，因而加載電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩就是飽和環(huán)節(jié)的飽和值. 通過分析，此轉(zhuǎn)矩值和轉(zhuǎn)矩傳感器輸出值TL、 超聲電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩Tl滿足關(guān)系

Tl=TL+B1Ω=TM+(B1+B2)Ω,

式中：Ω為穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速；B1,B2分別為超聲電機(jī)輸出軸與加載電機(jī)輸出軸處的阻尼系數(shù). 試驗(yàn)過程中通過控制TM來調(diào)節(jié)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小，用TL近似超聲電機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出值.

圖 6 靜態(tài)特性測(cè)試原理圖Fig. 6 Diagram of steady-state characteristic testing

對(duì)型號(hào)為TRUM-60-P的超聲電機(jī)進(jìn)行如下靜態(tài)特性測(cè)試試驗(yàn)：

1) 機(jī)械特性測(cè)試. 驅(qū)動(dòng)電壓的峰峰值UVpp=339 V，頻率f=37.3 kHz，相位差φ=90°時(shí)，TM變化范圍為0～0.25 Nm. 結(jié)果如圖 7 所示，可以看到TL變化范圍約為0.08～0.33 Nm.

2) 調(diào)幅控制時(shí)的驅(qū)動(dòng)特性測(cè)試.TM=0，驅(qū)動(dòng)電壓頻率f=37.5 kHz，相位差φ=90°，峰峰值UVpp變化范圍為198～317 V. 結(jié)果如圖 8 所示，可看出在一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速隨著電壓增大而增大.

圖 7 機(jī)械特性曲線Fig.7 Mechanical characteristic

圖 8 調(diào)幅控制時(shí)驅(qū)動(dòng)特性曲線Fig.8 Driving characteristic of amplitude modulation

圖 9 調(diào)頻控制時(shí)驅(qū)動(dòng)特性曲線 Fig.9 Driving characteristic of frequency modulation

圖 10 調(diào)相控制時(shí)驅(qū)動(dòng)特性曲線Fig.10 Driving characteristic of phase modulation

3) 調(diào)頻控制時(shí)的驅(qū)動(dòng)特性測(cè)試.TM=0，驅(qū)動(dòng)電壓峰峰值UVpp=342 V，相位差φ=90°，頻率f由37.560 kHz逐步下調(diào)至36.636 kHz. 結(jié)果如圖 9 所示，由圖9可知，調(diào)頻控制時(shí)，隨著頻率增大，一定范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速逐漸增大. 當(dāng)頻率增大到36.800 kHz左右之后，增大頻率將使得轉(zhuǎn)速下降.

4) 調(diào)相控制時(shí)的驅(qū)動(dòng)特性測(cè)試.TM=0，驅(qū)動(dòng)電壓峰峰值UVpp=338 V，頻率f=37.3 kHz，相位差φ變化范圍為-90°～270°. 結(jié)果如圖 10 所示，從圖中可知轉(zhuǎn)速曲線關(guān)于φ=90°對(duì)稱.

4 結(jié) 論

本文以超聲電機(jī)的特性測(cè)試與應(yīng)用為背景，進(jìn)行了測(cè)試平臺(tái)的系統(tǒng)總體方案的分析與確定，確定了加載子系統(tǒng)、 測(cè)量子系統(tǒng)及上位機(jī)軟件子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案； 為保證測(cè)試精度和可靠性，采用伺服電機(jī)實(shí)施加載，JN338型數(shù)字式轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速，WT1800高精度功率分析儀分析驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 設(shè)計(jì)并實(shí)際編寫了上位機(jī)程序，實(shí)現(xiàn)了各部分與上位機(jī)間的通信，數(shù)據(jù)的采集、 分析和處理； 基于所設(shè)計(jì)的測(cè)試平臺(tái)，進(jìn)行了超聲電機(jī)靜態(tài)特性測(cè)試的試驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出了簡(jiǎn)要分析，驗(yàn)證了本測(cè)試平臺(tái)的可應(yīng)用性. 由于測(cè)試平臺(tái)采用高精度的測(cè)量?jī)x器和成熟的伺服電機(jī)加載方式，相比于虛擬儀器構(gòu)建的測(cè)試平臺(tái)具有精度更高、 可靠性更好、 功能更強(qiáng)大的優(yōu)點(diǎn)，并且由于采用模塊化設(shè)計(jì)，本測(cè)試平臺(tái)可擴(kuò)展性強(qiáng)，可進(jìn)一步完善平臺(tái)功能，從而實(shí)現(xiàn)超聲電機(jī)的一體化測(cè)試，為超聲電機(jī)的設(shè)計(jì)，以及高性能驅(qū)動(dòng)控制器的研發(fā)提供參考.

本文的工作存在有待于完善之處. 首先是超聲電機(jī)動(dòng)態(tài)測(cè)試試驗(yàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性、 線程轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)等提出了更高的要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)尚有改進(jìn)空間； 其次，數(shù)據(jù)采集控制部分與數(shù)據(jù)分析處理部分應(yīng)考慮實(shí)現(xiàn)并行實(shí)現(xiàn)，以優(yōu)化其性能； 最后，測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)的健壯性有待加強(qiáng).

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Design and Implementation of Characteristic Test Platform for Ultrasonic Motor

LIU Zhenan1, ZHAO Shoushuai2, PENG Jiping2

(1. 340 Institute, 91404 Navy, Qinhuangdao 066000, China； 2. Control and Simulation Center, Harbin Institute of Technology, Harbin 150080, China)

In order to test and analyze the key performance indicators of ultrasonic motors (USM), the design and implementation of high precision and powerful characteristic test platform is introduced in this paper. For the hardware of the test platform, the load mechanism is carried out by servo motor. Speed and torque sensor is applied to measure rating speed and torque of USM, and measurement of electrical parameters is done by precision power analyzer. As for software, Using Visual C++ and MATLAB programming, the connecting with various parts and realizing acquisition, analysis and processing of data are achieved. In order to verify the applicability of the USM test platform, steady-state testing experiments for a type of USM are carried out. The experiment results confirm the practicability of the test platform.

ultrasonic motor; servo loading; hybrid programming; data acquisition; data analysis

1671-7449(2016)06-0539-06

2016-03-20

劉哲男(1984-)，男，助理工程師，主要從事電子工程、 電子對(duì)抗方向的研究.

TP23

A

10.3969/j.issn.1671-7449.2016.06.016