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1、(10)申请公布号 CN 103760490 A (43)申请公布日 2014.04.30 CN 103760490 A (21)申请号 201410036569.3 (22)申请日 2014.01.25 G01R 31/34(2006.01) (71)申请人 中国北方车辆研究所 地址 100072 北京市丰台区槐树岭 4 号院 (72)发明人 郝小健 郭建都 梅林 薛庆增 陈光辉 徐阳 朱晶晶 刘义 孙瑜 李晓聪 刘淑云 朱东 (74)专利代理机构 中国兵器工业集团公司专利 中心 11011 代理人 刘东升 (54) 发明名称 步进电机驱动器加速与减速性能测试装置及 方法 (57) 摘要 本。
2、发明涉及一种步进电机驱动器加速与减速 性能测试装置及方法， 属于步进电机驱动器性能 测试技术领域。本发明通过设计由机箱和控制板 组成的测试装置及相应的测试方法， 实现了对步 进电机驱动器加速与减速性能进行定量测试， 该 装置结构简单， 操作方便， 该方法测试花费时间 短， 测试效率高。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103760490 A CN 103760490 A 1/1 页 2 1. 一种步进电机驱动器加速与减速性能测试装。
3、置， 其特征在于， 包括机箱和控制板， 所述机箱的后面板安装有 26V 直流电源输入接口以及与被测设备步进电机驱动器的连接 接口 ； 机箱的前面板安装有步进电机与若干乒乓开关， 所述乒乓开关包括步进电机启动控 制开关、 步进电机方向控制开关、 用于设置步进电机测试速度的开关以及用于设置步进电 机测试加速度的开关 ； 所述控制板位于机箱内， 用于根据所述前面板的乒乓开关设置状态， 输出步进电机方向信号和相应频率信号通过与被测设备步进电机驱动器的连接接口输出 给被测设备步进电机驱动器 ； 还通过所述与被测设备步进电机驱动器的连接接口将被测设 备步进电机驱动器输出的三相信号传输给所述步进电机， 以驱。
4、动所述步进电机转动进行测 试。 2.如权利要求1所述的测试装置， 其特征在于， 所述若干乒乓开关为10个， 所述控制板 的控制电路包括 DSP 电路、 信号隔离电路和 DC/DC 电路 ； 所述 DSP 电路选用 TMS320F28335DSP 芯片作为数据处理器， DSP 电路通过 I/O 接口采 集前面板的 10 个乒乓开关信号， 然后进行运算控制处理， 输出控制步进电机方向的 I/O 信 号和控制步进电机转速的占空比为 50% 的 PWM 信号， 这两信号为 3.3V 数字信号 ； 信号隔离电路选用HCPL-063N光藕， 供电电压5V， 该信号隔离电路用于把DSP电路输出 的 3.3V。
5、 数字信号转为被测设备步进电机驱动器所需要的 5V 数字信号， 同时实现 DSP 电路 与步进电机驱动器之间的隔离 ； DC/DC 电路选用 LD5A24S5J 和 LD30CB5D3V3/1V9J 电源模块， 其中 LD5A24S5J 将 26V 转 为 5V， LD30CB5D3V3/1V9J 将 5V 转为 3.3V 和 1.9V， DSP 电路使用 3.3V 和 1.9V， 信号隔离电 路使用 5V， 被测设备步进电机驱动器使用 26V 和 5V。 3. 如权利要求 2 所述的测试装置， 其特征在于， 10 个所述乒乓开关分别为 ： 第一开关 （6a） 、 第二开关 （6b） 、 第三。
6、开关 （6c） 、 第四开关 （6d） 、 第五开关 （6e） 、 第六开关 （6f） 、 第七开 关 （6g） 、 第八开关 （6h） 、 第九开关 （6i） 和第十开关 （6j） ， 这 10 个乒乓开关全部为两位开 关 ； 第一开关 （6a） 用于设置步进电机的启动和停止两种状态 ； 第六开关 （6f） 用于设置步进 电机顺时针和逆时针两个转动方向 ； 第二开关 （6b） 、 第三开关 （6c） 、 第四开关 （6d） 、 第五开关 （6e） 这 4 个乒乓开关用于组 合设置 16 档不同的步进电机测试速度 ； 第七开关 （6g） 、 第八开关 （6h） 、 第九开关 （6i） 、 第十。
7、开关 （6j） 这 4 个乒乓开关用于组 合设置 16 档不同的步进电机测试加速度。 4. 一种利用权利要求 3 所述的装置进行步进电机驱动器加速与减速性能测试的方法， 其特征在于， 包括以下步骤 ： 先连接被测设备步进电机驱动器和 26V 直流电源， 然后顺序进行如下操作 ： 通过所 述第二开关 （6b） 、 第三开关 （6c） 、 第四开关 （6d） 、 第五开关 （6e） 设置步进电机测试速度 ； 通过所述第七开关 （6g） 、 第八开关 （6h） 、 第九开关 （6i） 和第十开关 （6j） 设置步进电机测试 加速度 ； 通过所述第六开关 （6f） 设置步进电机方向 ； 打开所述第一开。
8、关 （6a） 控制步进 电机启动， 看步进电机是否能按设置好的加速度不堵转运转到测试速度， 对步进电机驱动 器加速性能进行测试 ； 关闭所述第一开关 （6a） ， 看步进电机是否能按设置好的加速度不 堵转停止运转， 对步进电机驱动器减速性能进行测试。 权 利 要 求 书 CN 103760490 A 2 1/5 页 3 步进电机驱动器加速与减速性能测试装置及方法 技术领域 0001 本发明涉及步进电机驱动器性能测试技术领域， 具体涉及一种步进电机驱动器加 速与减速性能测试装置及方法。 背景技术 0002 步进电机是一种将电脉冲信号转变为机械角位移或线位移的执行元件。 步进电机 驱动器主要功能是。
9、将接收到的脉冲信号按照一定顺序和分配方式分配给步进电机各相绕 组， 使其按照要求的时间和顺序通、 断电， 从而实现对步进电机的调速、 启停以及正反转控 制等。步进电机和步进电机驱动器构成步进电机驱动系统。步进电机驱动系统的性能， 不 但取决于步进电机自身的性能， 也取决于步进电机驱动器的优劣。 0003 目前， 随着计算机微电子和计算机技术的发展， 步进电机驱动系统在军事装备、 工 业控制系统以及家用电器等领域得到广泛应用， 伴随着出现了各种测试步进电机驱动系统 性能的方法和装置等。 从公开文献来看， 目前没有对步进电机驱动器加速、 减速性能定量进 行测试的装置及方法， 常用的测试装置及方法为。
10、只关注让步进电机到达期望的目标转速， 对步进电机加速过程不进行具体测试， 所以这些装置及方法不能满足测试步进电机驱动器 加速、 减速性能的需要。 发明内容 0004 （一） 要解决的技术问题 0005 本发明要解决的技术问题是 ： 如何提供一种能够对步进电机驱动器加速与减速性 能进行定量测试的装置及方法。 0006 （二） 技术方案 0007 为了解决上述技术问题， 本发明提供了一种步进电机驱动器加速与减速性能测试 装置， 包括机箱和控制板， 所述机箱的后面板安装有 26V 直流电源输入接口以及与被测设 备步进电机驱动器的连接接口 ； 机箱的前面板安装有步进电机与若干乒乓开关， 所述乒乓 开关。
11、包括步进电机启动控制开关、 步进电机方向控制开关、 用于设置步进电机测试速度的 开关以及用于设置步进电机测试加速度的开关 ； 所述控制板位于机箱内， 用于根据所述前 面板的乒乓开关设置状态， 输出步进电机方向信号和相应频率信号通过与被测设备步进电 机驱动器的连接接口输出给被测设备步进电机驱动器 ； 还通过所述与被测设备步进电机驱 动器的连接接口将被测设备步进电机驱动器输出的三相信号传输给所述步进电机， 以驱动 所述步进电机转动进行测试。 0008 优选地， 所述若干乒乓开关为10个， 所述控制板的控制电路包括DSP电路、 信号隔 离电路和 DC/DC 电路 ； 0009 所述 DSP 电路选用。
12、 TMS320F28335DSP 芯片作为数据处理器， DSP 电路通过 I/O 接 口采集前面板的 10 个乒乓开关信号， 然后进行运算控制处理， 输出控制步进电机方向的 I/ O 信号和控制步进电机转速的占空比为 50% 的 PWM 信号， 这两信号为 3.3V 数字信号 ； 说 明 书 CN 103760490 A 3 2/5 页 4 0010 信号隔离电路选用HCPL-063N光藕， 供电电压5V， 该信号隔离电路用于把DSP电路 输出的 3.3V 数字信号转为被测设备步进电机驱动器所需要的 5V 数字信号， 同时实现 DSP 电路与步进电机驱动器之间的隔离 ； 0011 DC/DC电。
13、路选用LD5A24S5J和LD30CB5D3V3/1V9J电源模块， 其中LD5A24S5J将26V 转为 5V， LD30CB5D3V3/1V9J 将 5V 转为 3.3V 和 1.9V， DSP 电路使用 3.3V 和 1.9V， 信号隔离 电路使用 5V， 被测设备步进电机驱动器使用 26V 和 5V。 0012 优选地， 10 个乒乓开关分别为 ： 第一开关 6a、 第二开关 6b、 第三开关 6c、 第四开关 6d、 第五开关 6e、 第六开关 6f、 第七开关 6g、 第八开关 6h、 第九开关 6i、 第十开关 6j， 这 10 个乒乓开关全部为两位开关 ； 第一开关 6a 用于。
14、设置步进电机的启动和停止两种状态 ； 第六 开关 6f 用于设置步进电机顺时针和逆时针两个转动方向 ； 0013 第二开关 6b、 第三开关 6c、 第四开关 6d、 第五开关 6e 这 4 个乒乓开关用于组合设 置 16 档不同的步进电机测试速度 ； 0014 第七开关 6g、 第八开关 6h、 第九开关 6i、 第十开关 6j 这 4 个乒乓开关用于组合设 置 16 档不同的步进电机测试加速度。 0015 本发明提供了一种利用所述的装置进行步进电机驱动器加速与减速性能测试的 方法， 包括以下步骤 ： 先连接被测设备步进电机驱动器和 26V 直流电源， 然后顺序进行如下 操作 ： 通过第二开。
15、关 6b、 第三开关 6c、 第四开关 6d、 第五开关 6e 设置步进电机测试速度 ； 通过第七开关 6g、 第八开关 6h、 第九开关 6i、 第十开关 6j 设置步进电机测试加速度 ； 通过第六开关6f设置步进电机方向 ； 打开第一开关6a控制步进电机启动， 看步进电机是 否能按设置好的加速度不堵转运转到测试速度， 对步进电机驱动器加速性能进行测试 ； 关闭第一开关 6a， 看步进电机是否能按设置好的加速度不堵转停止运转， 对步进电机驱动 器减速性能进行测试。 0016 （三） 有益效果 0017 本发明通过设计由机箱和控制板组成的测试装置及相应的测试方法， 实现了对步 进电机驱动器加速。
16、与减速性能进行定量测试， 该装置结构简单， 操作方便， 该方法测试花费 时间短， 测试效率高。 附图说明 0018 图 1 为本发明的装置结构示意图 ； 0019 图 2 本发明的装置中机箱的前面板结构图。 0020 其中 ： 1-机箱， 2-控制板， 3-前面板， 4-后面板， 5-被测设备， 6a-第一开关， 6b-第 二开关， 6c- 第三开关， 6d- 第四开关， 6e- 第五开关， 6f- 第六开关， 6g- 第七开关， 6h- 第八 开关， 6i- 第九开关， 6j- 第十开关， 7- 步进电机安装孔， 8- 步进电机轴安装孔， 9- 电机轴， 10- 第一接口， 11- 第二接口。
17、。 具体实施方式 0021 为使本发明的目的、 内容、 和优点更加清楚， 下面结合附图和实施例， 对本发明的 具体实施方式作进一步详细描述。 0022 如附图1所示， 本发明的步进电机驱动器加速与减速性能测试装置包括 ： 机箱1和 说 明 书 CN 103760490 A 4 3/5 页 5 控制板 2， 控制板 2 置于机箱 1 内， 被测设备 5 为步进电机驱动器。机箱 1 可采用铝型材机 箱。图 1 中虚线所示部件不属于本发明装置的一部分。 0023 机箱 1 的前面板 3 示意图如附图 2 所示， 包括 1 个步进电机 （未示出） 、 10 个乒乓开 关。 本实施例中的步进电机选用三相。
18、混合式步进电机， 步距角0.36度， 1000步/转， 额定力 矩 0.45Nm， 最高启动速度 6.3 转 / 秒， 最高转速 3600 转 / 分。步进电机输出轴 9 垂直于前 面板 3 安装在机箱前面板一侧， 其中标号 8 为前面板的步进电机轴安装孔 8， 标号 9 表示电 机轴， 电机轴 9 可以从该安装孔 8 伸出 ； 中心小圆表示电机轴 9 ； 四周设有 4 个步进电机安 装固定孔 7， 用于把步进电机固定在前面板 3。 0024 机箱1的后面板4设置了两个电气接口， 其中第一接口10为圆形电连接器， 是26V 直流电源输入接口， 通过外部电源输入 26V 直流电给控制板 2 ； 。
19、第二接口 11 为圆形电连接 器， 是与步进电机驱动器的连接接口， 通过第二接口 11 将控制板 2 的 26V 直流电、 5V 直流 电、 步进电机频率以及方向信号， 输出到被测设备步进电机驱动器 5， 同时可通过该第二接 口 11 将步进电机驱动器 5 输出的三相信号传给机箱 1 前面板 3 的步进电机， 驱动步进电机 转动进行测试。 0025 控制板 2 能够根据前面板的开关设置状态， 输出步进电机方向信号和相应频率脉 冲信号给被测设备步进电机驱动器， 它的控制电路包括 DSP 电路、 信号隔离电路、 DC/DC 电 路。 0026 DSP电路选用TMS320F28335DSP芯片作为数。
20、据处理器， 该DSP具有高达150MIPS的 主频， 支持 32 位浮点运算， 具有 ePWM 脉宽调制模块， 具有多路通用 I/O 接口。DSP 电路通 过 I/O 接口采集前面板 3 的 10 个乒乓开关信号， 然后进行运算控制处理， 输出控制步进电 机方向的 I/O 信号和控制步进电机转速的占空比为 50% 的 PWM 信号， 这两信号为 3.3V 数字 信号。 0027 信号隔离电路选用 HCPL-063N 光藕， 供电电压 5V， 光藕输入端串联 1 个 330 欧电 阻， 光藕输出端接 1 个 560 欧的上拉电阻， 该电路用于把 DSP 电路输出的 3.3V 数字信号转 为被测设。
21、备步进电机驱动器 5 所需要的 5V 数字信号， 同时实现了 DSP 电路与步进电机驱动 器 5 之间的隔离。 0028 DC/DC电路选用LD5A24S5J和LD30CB5D3V3/1V9J电源模块， 其中LD5A24S5J将26V 转为 5V， LD30CB5D3V3/1V9J 将 5V 转为 3.3V 和 1.9V， DSP 电路使用 3.3V 和 1.9V， 信号隔离 电路使用 5V， 被测设备步进电机驱动器 5 使用 26V 和 5V。 0029 10 个乒乓开关分别为 ： 第一开关 6a、 第二开关 6b、 第三开关 6c、 第四开关 6d、 第五 开关6e、 第六开关6f第七开关。
22、6g、 第八开关6h、 第九开关6i、 第十开关6j， 这些乒乓开关全 部为两位开关， 开关下扳为关闭， 开关上扳为打开。第一开关 6a 设置步进电机启动和停止 两种状态， 该开关打开时步进电机启动， 关闭时步进电机停止。第六开关 6f 设置步进电机 顺时针和逆时针两个转动方向， 该开关打开时步进电机顺时针方向转动， 关闭时步进电机 逆时针方向转动， 顺时针和逆时针都是针对正视前面板而言。 0030 第二开关 6b、 第三开关 6c、 第四开关 6d、 第五开关 6e 这 4 个乒乓开关用于组合设 置 16 档不同的步进电机测试速度， 具体来说就是本发明提供的装置给被测设备步进电机 驱动器5输。
23、出16个不同频率的占空比为50%的PWM信号， 频率值分别为200Hz、 500Hz、 1KHz、 2KHz、 4KHz、 6KHz、 8KHz、 10KHz、 15KHz、 20KHz、 25KHz、 30KHz、 35KHz、 40KHz、 45KHz、 50KHz， 步 说 明 书 CN 103760490 A 5 4/5 页 6 进电机测试速度与第二开关 6b、 第三开关 6c、 第四开关 6d、 第五开关 6e 组合的对应关系详 见表 1。表 1 中的 “开” 表示开关处于打开状态，“关” 表示开关处于关闭状态。 0031 由于步进电机为 1000 步 / 转， 测试时步进电机驱动器。
24、不进行细分， 所以步进电 机实际转速为 X/1000（转 / 秒） ， X 表示单位为 Hz 的测试速度， 例如测试速度为 2KHz， 则 X=2000， X/1000=2， 步进电机实际转速就为 2 转 / 秒。 0032 表 1 0033 0034 第七开关 6g、 第八开关 6h、 第九开关 6i、 第十开关 6j 这 4 个乒乓开关用于组合设 置 16 档不同的步进电机测试加速度， 加速度值分别为 0.5KHz/S、 1KHz/S、 2KHz/S、 4KHz/S、 6KHz/S、 8KHz/S、 10KHz/S、 20KHz/S、 30KHz/S、 40KHz/S、 50KHz/S、 。
25、60KHz/S、 70KHz/S、 80KHz/ S、 90KHz/S、 100KHz/S， 步进电机测试加速度与第七开关 6g、 第八开关 6h、 第九开关 6i、 第十 开关 6j 开关组合的对应关系详见表 2。表 2 中的 “开” 表示开关处于打开状态，“关” 表示 开关处于关闭状态。 0035 表 2 说 明 书 CN 103760490 A 6 5/5 页 7 0036 0037 本发明在测试步进电机驱动器加速、 减速性能时， 首先通过第二开关 6b、 第三开关 6c、 第四开关 6d、 第五开关 6e 设置步进电机测试速度， 接着通过第七开关 6g、 第八开关 6h、 第九开关 6。
26、i、 第十开关 6j 设置步进电机测试加速度， 再通过第六开关 6f 设置步进电机方 向， 然后打开第一开关 6a 启动加速测试， 本发明提供的装置给被测设备步进电机驱动器输 出PWM信号， 频率从10Hz开始启动， 按照设置好的测试加速度匀加速逐渐升高频率， 频率升 到设置好的测试速度后保持该频率， 看步进电机是否能不堵转运转到测试速度， 接着关闭 第一开关 6a 开始减速测试， 频率从刚才的保持频率开始， 按照设置好的测试加速度匀减速 逐渐降低频率， 直到频率为 0， 看步进电机是否不堵转停止运转。 0038 可以根据实际测试需要， 多次重复上述测试步骤， 通过设置 16 档不同的步进电机 测试速度和 16 档不同的步进电机测试加速度， 以及对步进电机转动方向、 启动和停止控 制， 实现对步进电机驱动器顺时针、 逆时针两方向 16 种测试速度下的加速、 减速性能定量 测试。 0039 以上所述仅是本发明的优选实施方式， 应当指出， 对于本技术领域的普通技术人 员来说， 在不脱离本发明技术原理的前提下， 还可以做出若干改进和变形， 这些改进和变形 也应视为本发明的保护范围。 说 明 书 CN 103760490 A 7 1/1 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103760490 A 8 。