轴承试验机转速控制的实现

　　0　概述

　　本文研究的轴承试验机是专用于高速发动机轴承性能的试验机,转速要求稳定工作在20 000~75 000r/min,稳态控制精度要求小于0·5%;且动态要求上升时间短,超调小于5%。传统的轴承试验机采用直流电动机晶闸管闭环无级调速,再经增速器增速拖动试验轴。这种结构辅助系统多,传动链长,不但噪声、能耗大;而且瞬时升降速性能差,控制精度不高,因而很难满足高速发动机轴承试验的要求。本系统采用变频器-电主轴驱动系统代替传统的直流调速系统, Fuzzy-PID控制代替传统的模拟PID控制,并将可靠性强的ISA总线型研华工控机运用到控制系统中,采用W in98下的C++Builder开发控制软件,使得系统不仅控制精度大大提高,而且操作方便、效率高。

　　1　转速的测量

　　1·1　测速原理

　　转速的测量精度是影响控制精度的关键因素之一。转速的测量方法有模拟法和数字法,由于模拟法的抗干扰能力差,现在多采用数字法。目前常用的数字法有两种:

　　(1)测频率法(M法):在一定时间间隔t内,计数被测信号的重复变化次数N,则被测信号的频率fx可表示为fx=N/t。

　　(2)测周期法(T法):在被测信号的一个周期内,计数时钟脉冲数m,则被测信号频率fx=fc/m,其中, fc为时钟脉冲信号频率。测频法适用于高频信号(高转速)的测量,测周期法适用于低频信号(低转速)的测量。本系统的转速高须采用测频法。

　　1·2　转速测量的硬件电路

　　转速传感器采用霍尔元件,每转产生12个脉冲,输出脉冲结果整形和光电隔离后送到计数器的CLK口进行计数。计数器采用IO卡PCL812上的8253计数器T0, PCL812上的8253共有3个独立的计数器,计数器T1与T2用于给AD提供触发脉冲,用户只能使用计数器T₀。

　　1·3　W indows下测速的软件实现

　　目前脉冲计数测转速大都是用单片机的中断定时实现的,随着工业控制计算机技术的发展,基于工控机的W indows下的监控软件以其操作方便的特点越来越受到人们的青睐,这首先要解决的就是W indows下精确定时测转速的问题。虽然W indows下不便得到中断,但可以使用W in32函数库中的高精度计时的底层函数。下面是用C++Builder 5 (简称CB)实现精确的转速测量。CB的定时器控件Tmi er计时精度为55ms,且定时器的消息在多任务操作系统中的优先级很低,不能得到及时响应,往往不能满足实时控制环境下的应用。而API函数MMRESULT tmi eSetEvent(UINT uDelay, UINT uResolution, LPTIMECALLBACKlpTmi eProc, DWORD dwUser, UINT fuEvent),其中uDelay:以毫秒制定事件的周期。

　　UResolution:以毫秒指定延时的精度,数值越小定时器事件分辩率越高。缺省值为1ms·