基于LabVIEW的步进电动机扭矩测试系统

　　1　引　言

　　LAMOST ( large sky area multi-object fiberspectroscopy telescope,大天区多目标光纤光谱天文望远镜)项目是我国正在进行的跨世纪重大科学工程之一。LAMOST是一台兼备大视场和大口径的反射式施密特天文望远镜,其有效通光口径为4 m,焦距为20 m,视场达21平方度,可观测的覆盖天区超过2万平方度。位于主镜焦面处的直径为1.75 m的焦面板上按要求在观测对象的位置上蜂窝状布置了4 000根光纤,通过选择最佳的观测时机和适当的优化组合,可以同时对几千个天体目标进行观测。作为两项关键技术之一的光纤定位系统,采用了并行可控式双回转光纤定位,寻星过程中需要同时对4 000根光纤进行快速准确的定位。光纤定位单元的中心回转轴和偏心回转轴由两个步进电动机(简称步进电机)驱动,通过中心轴的360°回转和偏心回转轴的180°回转,即可在整个35 mm定位圆区域内的任意位置对光纤进行精确定位[1]。光纤定位单元结构示意图如图1所示。

　　作为驱动器的步进电机的性能及运行的可靠性是光纤定位单元控制中的关键一环,它将直接关系到单元能否稳定、可靠地工作,是否能够达到设计要求等。定位单元选用瑞士生产的ARSAPE微型两相永磁式步进电机作为驱动机,采用两相四拍驱动方式,其步距角为18°,减速比1∶16。步进电机驱动单元采用了AllegroMicro Systems公司专门针对两相步进电机而设计的步进电机驱动器A3966SLB集成芯片。A3966SLB是双全桥脉宽调制电机驱动器(Dual Full-Bridge PWMMotor Driver),片内两个H桥各自能够提供最高达650 mA的持续电流,工作电压最高达30 V。

　　在LAMOST光纤定位系统中,对步进电机的要求主要是运动的准确性、快速性。对步进电机这样一种驱动元件来说,准确性即要求运转过程中不发生丢步现象,快速性即要求启动停止响应快[2]。在负载不变的情况下,要保证这两项性能,关键的是保证步进电机所能提供的扭矩。步进电机在投入到实际工作前,必须严格测试其扭矩。

　　为此,课题组研制了一套基于LabVIEW的步进电机扭矩测试系统。LabVIEW(Laboratory VirtualInstrument Engineering Workbench)是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境,是一个虚拟仪器开发平台[3]。虚拟仪器概念是LabVIEW的精髓。虚拟仪器是在以通用计算机为核心的硬件平台上具有虚拟面板、测试功能由软件实现的一种计算机仪器系统,是计算机技术与仪器技术相结合的产物,其基础是计算机系统,核心是软件技术[4]。虚拟仪器大大突破了传统仪器在数据采集、处理、显示、存储等方面的限制[5],是一个测试和自动化系统的高性能、低成本运载平台。