基于虚拟仪器的直线超声电机机械特性测试

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1、第32卷第2期2012年4月振动、测试与诊断JournalofVibration»Measurement&・Diagnosis基于虚拟仪器的直线超声电机机械特性测试.张健滔2,姚志远2,宋小刚S杨东2,赵淳生2（1.上海大学机电工程与自动化学院上海.200072）（2.南京航空航天大学精密驰动研究所南京.210016）播要针对直线超声电机机械特性测试问題，建立了基于虚拟仪器的貢线超声电机机械特性测试系统。设计了力与速度测试系统，为测试的直线电机提供加載，配置的压力传感器勺直线型光电编码器分别用于电

2、机输出力与速度的测置•利用虚拟仪器技术搭建了测试破件半台.利用虚拟仪器编程语LabVIEW对各个模块进行软件设计.以实现各自的功能.利用该系统对杆式直线超声电机和双变幅杆V形直线超声电机的机械待性进行了测试，测试结果证实该测试系统的可行性•为直线趙声电机机械持性测试提供了所必需的条件.关■词直线鈕声电机｝机械特性；虎拟仪器；LabVIEW中图分类号TM356•国家白然科学基金资助项目（编号:50735002.50975136〉；中国磚士后科学基金资助项目（编号：20100480581,201104

3、252）收稿日期：2011-08-02；修改稿收到日期：2011-10-13引言直线超声电机是利用压电元件的逆压电效应产生微幅的超声振动，芥通过定、动子间摩擦传动，将定子的微幅振动转化为动子的宏观直线运动⑴。它具有响应快、功率密度大、定位精度高、结构简单和断电自锁等优点，在便携式通讯设备、医疗机披、精密光学仪器、微型机器人和半导体加工伺服机构等领域有广泛的应用前景〔切・直线超声电机机械特性是衡量电机设计好坏的甫要指标，关于电机特性的测试在电机研究中占有重要的地位。国内外学者开发出各种超声电机机械特

4、性测试系统，文献［1］通过对一套电磁电机机械特性自动测试系统进行改进•建立起能测览旋转超声电机机械特性的测试系统.Lim等⑷利用可以测量电机的扭矩和转速的扭矩计建立了一套测试系统，测圮旋转超声电机的转速■扭矩持性。Bckiroglu等L9】利用电啟制动器为电机提供负载，光学转速计和扭矩计测量电机的转速和扭矩，测得旋转超声电机的转速-扭矩特性。Petit等3利用基于PC机的试验装骨测量出旋转超声电机的机械特性，其中包括电机的扭矩■速度和扭矩-功率特性曲线.文献［11］利用转速力矩测试仪测得旋转超声电

5、机的转速扭矩特性。目前，对超声电机待性测试技术的研究主要针对旋转型超声电机，而直线型超声电机的机械特性很多还是利用吊麻码等简单手段进行测量”⑸,这些方法不但操作不便而且影响测量精度。笔者基于主控计算机、髙速数据采集卡、力与速度测试机构（包括力传感器与位移传感器）等，构建了一个基于虚拟仪器的直线超声电机机械特性测试系统，并对所研制的杆式宜线超声电机和双变幅杆V形宜线超声电机的电机性能进行了测试,得到了其速度-输出力特性曲线。1基于虚拟仪器测试系统的组成基于虚拟仪器的直线超声电机机械特性测试系统硕件的

6、总体结构如图1所示.该测试系统由主控计算机、NIPXI-1031机箱（包括NIPXI-6133采集卡〉、力与速度测试机构（包括直线型光电编码器与压力传感器）、宜线超声电机、电机驱动器和调理电路等组成。其中，主控计算机和NIPXI-1031机箱（包括机箱上的各种板卡）构成了直线超声电机机械待性数据采集系统，两者之间采用主、从式硬件体系结构，頁•硬件连接方式是通过线缆连接计算机内MXI-4接口卡与PXT机箱上的MXI-4模块NIPXI-8331。在两级的测试结构中，上位的计算机主要实现人机界面交互、接

7、口管理、参数设置、控制接收数据、结果处理与实时通讯等功能；下位PXI机箱及其上的板卡实现数据采集、控制输出等功能.PXM031机箱图1系统理件的总体结构图力与速度測试机构11输出力与速度測试机构用于测量直线超声电机输出力与速度的测试机构如图2所示•它由基座、光栅尺、光电编码器读头、压力传感器、滑轨、滑块和加载弹簧等部件组成.直线超声电机固定在电机固定台上，电机运动滑轨与测试机构上的滑块固定，并能推动测试机构滑块向左移动.测试机构滑块移动的过程会对弹賛进行挤压，随着弹簧的变形■由零逐渐増大,其对电机

8、的负载力也是由零逐渐増大，这样就会形成一个对直线电机逐渐加载的过程，加载力由零一直増大到电机的最大输出力为止.弹賛的加载力变化的过程可以通过弹賛另一竭压力传感器测■出来.在测试机构滑块上还安装了一个直线光柵尺，其配合一旁的直线光电编码器读数头，就可以测■滑块移动过程中的位移■，经过计算就得出滑块移动的速度，即直线超声电机的运行速度.压力传霧器压储光櫥尺顶轴光欄尺固定架读数头电机吗定台图2直线超声电机■出力与速度测试机构12采集卡、传感88与调理电路采用的采集卡PXI-6133(NI