转动惯量测量电路与实现

　　为了实现在线测量回转机械传动系统的转动惯量，采用了以ADuC812单片机为核心，并结合其他外围芯片的控制电路和实现方法。硬件重点设计了单片机采集与处理信号电路及继电器控制电路的实现;软件给出了主程序流程图的设计。经过硬件实测，该电路可以方便快捷地完成对转动惯量的实时测量，且电路结构简单，使用灵活方便，并具有线性度高，噪声系数小等特点。

　　转动惯量是质量特性参数测量的重要部分，在多个领域从产品的设计、生产和控制系统中都起着举足轻重的作用，直接关系到产品设计成败和产品的质量。从航空工业对飞机转动惯量的测量到汽车工业对转动部件惯量的测量，无不体现着其测量的重要性。本文以实验室某回转机械传动系统为研究模型，采用单片机作为核心控制器件，重点研究了转动惯量测量过程的硬件和软件设计。

　　1 被测系统结构简介

　　研究的回转机械传动系统结构如图1所示。　　

　　试验设备清单如下所述：

　　变频器一台：输入规格为AC 3PH 380～460 V，50/60 Hz;输出规格为AC0～240 V 1.7 kVA 4.5 A;

　　变频范围：2～200 Hz。

　　三相异步电机：额定功率为0.55 kW;额定转矩为3.5 N·m;同步转速为1 500 r/min;输入电压为380 V。

　　转矩传感器：额定转矩为10 N·m;

　　转速传感器：转速范围为0～6 000 r/min;

　　转矩转速测试卡：转矩测试精度为±0.2%FS;转速测试精度为±0.1%。

　　2 硬件设计

　　2.1 整体硬件结构图

　　硬件电路设计是该测量系统的核心部分，它不仅负责传感器信号的采集、处理、传输等任务，而且负责接收上位机的控制命令，并将采集到的数据传送给上位机，从而使整个系统可靠、有序的工作。整个电路主要由传感器信号采集电路、单片机控制电路、继电器控制电路、通信接口电路及电源模块组成。整体硬件电路设计框图如图2所示。　　

　　2.2 信号输入/输出电路

　　2.2.1 模拟量输出调理电路

　　硬件电路中只有控制转矩输出为模拟量输出信号，由于ADuC812的D/A口输出的电压值为0～2.5 V，而变频器接收的电压值是0～10 V，所以需要经过运算放大器放大，在接人运算放大器之前，先要接由运放组成的DAC输出缓冲器，缓冲器连接成跟随器的形式，保证了输出放大器的通带和负载能力。电路连接如图3所示。　　

　　2.2.2 扭矩传感器信号采集电路

　　扭矩传感器的输出信号为1～5 V，如果直接传输至单片机，则可能会由于传输距离过长及试验中的电磁干扰影响到反馈信号的精度。所以为了增强抗干扰性，提高传输精度，采用4～20 mA的电流传输。它的传输电路如图4所示。