机电转台关键设备装调质量测试平台设计研究

发布时间：2020-04-17 12:31

【摘要】：机电转台关键设备装调质量测试平台设计研究是一门综合学科的先进技术,它融合了角度传感器测试、电机测试、安装评估等多个领域的先进内容。经过多年的深入研究和发展,机电转台关键设备装调质量测试平台已经被广泛的应用在现代军事、传感器测试和人机交互等领域中,并且在国内外中越来越受到重视。机电转台关键设备装调质量测试平台设计研究是用于机电转台的测试,以角度传感器作为敏感元件,以执行电机作为执行元件的机电转台在装配过程中对电机的各方面进行性能检测、指标测试,对装配过程中的安装效果进行评估分析,对于提升机电转台的装配质量控制有非常重要的意义。本文对机电转台关键设备装调质量测试平台进行设计研究,首先对系统的总体方案进行设计分析,并对系统测试传感器进行建模分析,然后对整个系统进行硬件设计,在硬件的基础上完成角度传感器偏转角的计算和电机测试参数的计算,接着将这些计算公式在软件中实现,最终将测试参数发送给上位机进行显示并对传感器进行安装评估,完成对机电转台关键设备装调质量测试平台的设计研究,本文的具体工作如下:(1)系统总体方案设计分析。首先根据实际需求,对测试结果和安装评估结果提出本课题的设计要求,然后对系统的总体方案进行设计,分别对角度测试方案和电机测试方案进行设计,最后对系统测试部分角度传感器和直流电机作了详细介绍。(2)测试平台设计模型的建立。首先对旋转变压器的工作原理进行分析介绍,建立旋转变压器的数学模型,接着对圆感应同步的工作原理进行分析介绍,建立圆感应同步器的数学模型,最后对直流电机的工作原理进行分析介绍,建立直流电机的数学模型。(3)测试平台硬件设计。首先设计了以FPGA为核心的系统主控电路,主控电路主要包括电源电路、EPCS配置电路、系统时钟电路、JTAG下载接口电路和SDRAM存储电路等。然后对系统外围电路进行硬件设计,系统外围电路主要包括激磁信号产生电路、放大分压电路、RS422接口电路、AD转化电路、过零比较器电路和ACS712电流转化电路等,最终完成整个测试平台的硬件设计。(4)测试平台软件设计。首先对FPGA的开发工具NIOS II工具进行介绍,然后对测试平台中的一些算法进行详细介绍,并将该算法在FPGA硬件电路中实现,最后对上位机人机交互界面进行设计并进行详细介绍。(5)系统调试及测试结果分析评估。首先对角度测试系统的调试进行了介绍,又对其测试结果进行了误差分析以及角度测试系统的安装评估,接着介绍了电机测试系统的调试,并对其测试结果进行了误差分析和系统的安装评估。
【图文】：

框图,角度测试,框图,方案

图 2.1 角度测试方案总体框图.2.2 电机测试方案设计电机的测试相对复杂一些，需要测试人员根据人机交互提示进行实际操作，期间电需要工作在空载运转，负载运行以及工作在堵转状态，测试人员根据现场情况对电机行状态做出相应的改变，电机测试期间需要光电编码器辅助提供转速，保证完成一套整的电机测试。本系统采用以 FPGA 芯片为主控芯片，ACS712 霍尔电流传感器将电两侧的电流转化为电压，经过滤波和放大电路之后得到的电压模拟量通过 AD7656 转为数据量，，将数据量发送给 FPGA 芯片，因为电压和电流呈一定的正比关系，所以通 FPGA 相应的运算，解算出相应的电流，在设计 FPGA 内部程序时，以电流值以及相的电机固定参数(电枢绕组)为基础，通过建立相应的数学模型来解算出其他的电机参，比如：力矩系数，启动电压，反电动势，滑行时间，堵转力矩，滑行时间，电机功，力矩波动性，最后将相应的参数通过上位机界面来更加具体的显示各个电机参数。机测试方案总体框图如图 2.2 所示：

旋转变压器,工作原理图,转子绕组

.2 旋转变压器数学分析正余弦旋转变压器的原理如上图所示，为了更清晰的得到旋转变压器的数学模型， 3.1 中，将转子绕组中的绕组 A 和定子绕组中的绕组 S 重合时的位置看作初始位置变压器工作时，转子绕组顺时针方向偏离该初始位置的角度θ 为负，逆时针则为当子绕组 S 的两端提供恒定不变的交流电压0U 后，旋转变压器内部由于电磁感应产通势 Fs，从而建立一种脉振气隙磁场，该磁场在空间中按正弦规律进行分布。在气场中，将总气隙磁通量设定为mΦ ，转子绕组转动的角度设定为 θ 转角，由于磁场间中按正弦规律进行分布的，因此转子绕组中的 A、B 绕组产生的磁通量分别为：osθ ， sinmφ θ ，由电磁感应原理可以得到定子绕组 S 和转子绕组 A、B 中的感应电有效值分别为：04.44S s NS mE = U = fN kΦ (3-24.44 cos cosrA r Nr m sE = fN k Φ θ = kEθ(3-34.44 sin sinrb r Nr m sE = fN k Φ θ = kEθ(3-4其中，公式中的sN ，NSk 表示定子绕组线圈的匝数和比例系数，rN ，Nrk 表示转子线圈的匝数和比例系数；r NrN KKN K= 表示定子绕组和转子绕组间的有效匝数比。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH122

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