步进电机在测试转速表中的应用

　　1　引言

　　航空领域的转速表多用来测量和指示发动机涡轮轴的转速。它由传感器和指示器两部分组成。传感器本质上是发电机,在涡轮转轴的带动下,发出三相交流电,频率与转轴的转速成正比。指示器一般由电动机、传动机构和表头组成。电动机的转速与交流电的频率成正比,因此,通过指示器就可指示出发动机涡轮轴的转速。

　　在以往的转速表测试中,常用直流电机和锁相环组成电机调速系统。直流电机仿真发动机涡轮轴的转动,通过测量直流电机的转速来测试转速表工作是否正常。由于锁相环在调速过程中存在转速漂移和累积误差等因素,故在转表测试的全量程范围内,其测试精度不高,测试的结果可信度差。

　　使用步进电机的运动系统由步进电机驱动器和步进电机构成。当系统接受一个电脉冲信号时,步进电机的转轴将转过一定的角度或移动一定的直线距离。电脉冲输入越多,电机转轴转过的角度或直线位移就越多;同时,输入电脉冲的频率越高,电机转轴的转速或位移速度就越快。步进电机控制的最大特点是没有积累误差(精度为100%)。因此,将步进电机应用于转速测试是十分必要和合理的。

　　2　转速表测试的工作原理

　　转速表测试的原理图如图1所示。单片机最小系统主频最好在30MHz以上,具有16位的定时器和计数器。定时器T0控制DO接口输出步进电机的步进脉冲信号;经光电隔离器驱动步进电机转动。通过调整定时器T0定时时间可以调整步进电机的转速。光电码盘安装在步进电机的转轴上;光电码盘输出的信号经光电隔离后送给单片机的计数器T1和用T1测量步进电机的转速。该转速为步进电机的标准转速。步进电机一方面带动光电码盘转动,另一方面带动转速表的传感器,通过转速表的指示器指示出步进电机的转速,该转速为指示转速。当指示转速在标准转速的允许误差范围内时,可以诊断转速表工作正常,否则,转速表存在故障。

　　步进电机的调速是通过定时器来完成的。第一次定时时间内单片机DO口输出高电平,在第二次定时时间内单片机DO口输出低电平,完成一次步进脉冲的输出;在该脉冲的作用下,步进电机完成一次步进角的转动。

　　设步进电机的步进角为α,转速为n,步进脉冲的频率为f,则1分钟内步进脉冲的个数为，由此得出步进电机的转速为:由于f=，故定时器定时时间t和转速n的关系式为:

　　MCS-51系列单片机定时器计数脉冲的频率是主频M的十二分之一,设16位定时器的初始值为N,则定时时间为由此得出定时器的初始值为:

　　通过该式可以看出,在转速超过万转后,为使定时器初始值选取容易,在选取步进电机时,其步进角应比较大,单片机的主频也应较高。