步进电机噪音、振动、速度变化的测量方法

噪音的测定

有关噪音测量的规格如下所示,步进电机的测试情况,按这些规格来实施:

  • JISC 1502-1977 普通噪音计;
  • JIS Z 8731-1966 噪音标准测量法;

测量时选用JISC 1502(普通噪音计)中所适用的噪音计,频率校正为A特性。测量场所其背景噪音以及周围的反射音应尽可能小,而且其变化影响小的场所。电机利用线悬挂或在弹性体上实施测量。

振动的测量

振动的测量不同于噪音测量所示的规格,振动测量方法及振动计有很多种。振动传感器包括位移计、速度针、加速度计等,其中与速度成比例的电动型以及与加速度成比例的压电型振动传感器较常使用。振动测量时,必须注意传感器的指向性与被测物的振动方向。安装振动传感器时,必须注意使振动不影响到自身。下图表示步进电机的振动测量功能框图和测量举例。

步进电机的振动测量方法

上图的测量举例,纵轴取振动加速度,横轴取作驱动频率,连续自动扫频测量。相对应的,下图为2相HB型步进电机的三维振动图形。

两相HB型步进电机的振动分析图

亦即,步进电机的驱动脉冲波连续自动扫频,每次记录频率分析的结果用三维表示。Y(倾斜)轴表示步进电机脉冲频率,X(横)轴表示振动频率,Z(纵)轴表示振动加速度。由此可以看出,何处的驱动脉冲,频率多少时,会产生的振动大小,一目了然,易于分析振动结果。

根上振动分析图,从振动大的地方看到,驱动脉冲的基波频率造成振动成分最大,且出现的振动点为其偶次谐波,180pps附近的振动为振动加速度与转子及其负载系统的自然频率的共振。

HB型步进电机转子及定子有多齿数的关系,激磁磁通含有很多的空间高次谐波,同时激磁电流也含有高次谐波,激磁磁通与电流之积所产生的电磁转矩也会包含转矩波动,引起径向振动。上振动分析图所示步进电机的振动主要是前者,而噪音或定子的径向振动的原因主要是后者。

速度变化的测量

步进电机的使用大致分为位置控制和速度控制。而速度控制的速度范围可由低速到高速变速控制或恒速度使用,但均存在速度变化问题。下图表示速度变化率的定义。

步进电机速度变化率定义图

现在,步进电机的平均速度以ωm表示,其速度变化由零至最大值,如以△ωm转动,速度变化率VF用下式来定义:

步进电机速度变化率公式

这是速度变化率的测量,按实际的负载惯量用等效惯量或摩擦转矩等测量,以接近实际使用值。特别是惯量大时,速度变化率(也称为速度失效或抖动、摆动等)也大。因此必须注意步进电机的速度运行范围,速度愈快,速度变化率愈小。

此种测量方法大致分为使用编码器的方法和激光测量方法。使用编码器时,应注意编码器与步进电机的联轴器的轴中心要同心,还要考虑编码器惯量的影响。速度变化率的计算,首先要对编码器单位时间的脉冲数逐一计数,然后再计算速度变化率。而使用激光测量方法,要在步进电机上安装圆盘,该圆盘反射激光束,将光反射回去,速度变化用多普勒效应计算,此设备在市面有售。此处如非特别要求使用编码器测量,最好使用激光测量仪。

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