【文章內(nèi)容簡介】 輸出。經(jīng)放大電路輸出的是電壓信號，必須經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換才能被計算機(jī)識別，才能經(jīng)軟件處理，以便得到準(zhǔn)確的測量結(jié)果。本實(shí)驗(yàn)要求的誤差是1μm，電感測微儀的輸出電壓范圍是1V—+1V，選擇的量程是30檔，由此就可以確定A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。設(shè)A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)是b，A/D轉(zhuǎn)換器允許的動態(tài)工作范圍為D，則由《測試技術(shù)》知，兩相鄰量化電平之間之差x為： x=D/2(b1)已知:D=，x=，可求得b=12。本測試系統(tǒng)選用的是12位32路高速A/D板IPC5488。IPC5488是帶光電隔離的高速12位A/D模板，其接口標(biāo)準(zhǔn)為PC總線接口方式。板內(nèi)占用2個I/O地址：base_address +0 與base_address +1，其作用如下：對base_address +0進(jìn)行寫操作，完成設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換通道的功能。對base_address +0進(jìn)行讀操作，完成讀轉(zhuǎn)換結(jié)果的低8位功能。對base_address +1進(jìn)行寫操作，完成啟動A/D轉(zhuǎn)換功能。對base_address +1進(jìn)行讀操作，完成讀轉(zhuǎn)換結(jié)果的高4位及讀AD狀態(tài)的功能?？捎糜陔妷盒盘柕木軠y量，具有精度高、速度快、量程多、多通道、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)[9]。電感測微儀的輸出直流電壓是1V—+1V(指示表滿刻度時)，由此可以確定IPC5488板卡每一個通道的輸入范圍?！砂蹇ㄉ系奶D(zhuǎn)器設(shè)置。本板的核心器件是AD1674，分辨率為12位，片內(nèi)帶有10V基準(zhǔn)電壓、時鐘以及三態(tài)輸入緩沖器。主要參數(shù)：采樣頻率100kHz；轉(zhuǎn)換時間10181。s；%；功耗低，僅為385mW。為了提高測量精度，須采取如下措施:輸入信號放大后的幅值應(yīng)控制在3/4刻度內(nèi)，這樣利于提高線性度；采用差分輸入方式，有利于消除共模干擾；不用的通道接地，防止通道之間相互干擾。采用差分輸入方式可以有效地消除共模干擾。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)與脈沖頻率來控制角位移量和電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位與調(diào)速的目的。步進(jìn)電動機(jī)的種類很多，按力矩產(chǎn)生的原理可分為反應(yīng)式和激磁式兩種；按相數(shù)分則可分為單相、兩相和多相三種；按電機(jī)結(jié)構(gòu)分可分三種：永磁式（PM） ，反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向只有正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)[10]。本次設(shè)計中選擇了110YG404型永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)，相數(shù)為四相。主要參數(shù)見表33：表33 步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù)靜力矩（N`M)電壓(V電流(A步矩角(?)空載啟動頻率(Hz)空載運(yùn)行頻率(Hz)880415007000在傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)控制電路中，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動一般采用方波脈沖來控制，通過控制脈沖的頻率、個數(shù)等，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、位移等參變量。但電機(jī)在工作過程中，由于種種原因可能會產(chǎn)生共振,影響電機(jī)低頻、低速時的工作性能，為了避免電機(jī)工作的共振，改善電機(jī)在低頻低速時的工作性能，并進(jìn)一步提高步進(jìn)電機(jī)的工作精度，經(jīng)常可采用細(xì)分電路來解決問題。由于傳統(tǒng)的細(xì)分控制電路,步進(jìn)電機(jī)在各種轉(zhuǎn)速下其細(xì)分的倍數(shù)是相同的,這種細(xì)分電路的方法很難同時滿足電機(jī)運(yùn)行時的低頻和高頻特性。所以本次設(shè)計采用了可調(diào)細(xì)分電路的方法：在步進(jìn)電機(jī)正常的啟動和低速運(yùn)轉(zhuǎn)時，電機(jī)能夠低速平穩(wěn)不丟失；而電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時,電路自動的遞減細(xì)分倍數(shù),直至取消細(xì)分,以實(shí)現(xiàn)高頻脈沖的輸出?？傊?，用不斷改變細(xì)分倍數(shù)的方法，保證電機(jī)在各轉(zhuǎn)速下的最佳性能。步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動控制部分由步進(jìn)電動機(jī)細(xì)分裝置、步進(jìn)電機(jī)、多功能的數(shù)據(jù)接口卡、電源等組成。通過微型計算機(jī)進(jìn)行控制操作，發(fā)出電機(jī)控制信號,由多功能數(shù)據(jù)接口卡IPC5488的開關(guān)量輸出通道和定時/計數(shù)器輸出通道輸出，傳送至步進(jìn)電動機(jī)細(xì)分裝置,經(jīng)過電機(jī)細(xì)分裝置驅(qū)動后，電壓可以達(dá)到125V,電流為5～10A。電機(jī)細(xì)分裝置可以分成多檔以控制不同的電機(jī)轉(zhuǎn)速。在實(shí)際應(yīng)用中，常常希望從一個輸入信號中提取或增強(qiáng)所需要的頻率分量，濾除或衰減某些不需要的頻率分量，這個處理過程稱為信號的濾波。由于線性時不變系統(tǒng)的響應(yīng)頻譜等于系統(tǒng)激勵信號頻譜和系統(tǒng)頻率響應(yīng)的乘積，因此，只要適當(dāng)選擇系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性，就可以實(shí)現(xiàn)信號的濾波功能。 采樣繪圖程序完成后，理論上要輸出理想的平穩(wěn)的采樣信號，但在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中采樣信號是由多個頻率分量組合而成的，另外還含有噪聲和不希望得到的成分，直接影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此，必須對采樣信號進(jìn)行濾波處理，對于實(shí)時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，為了消除傳感器通道中的干擾信號，在硬件措施上常采取有源或無源RLC網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成模擬濾波器對信號實(shí)現(xiàn)頻率濾波。設(shè)計中濾波過程分兩部分：通過硬件濾波和軟件濾波。(1). 硬件濾波①.低通濾波器(LPF)：由電阻和電容元件構(gòu)成。這是一個最簡單的RC低通電路，一般稱為無源低通濾波器。②.兩級串聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)濾波：兩級串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)濾波并非是簡單的疊加，負(fù)載效應(yīng)使第二個低通濾波部分產(chǎn)生的信息對第一個低通濾波部分有反饋?zhàn)饔茫Ч獜?qiáng)于低通濾波。但由于實(shí)際實(shí)驗(yàn)線路連接問題，兩級串聯(lián)會導(dǎo)致濾波電路的穩(wěn)定性下降，因此本設(shè)計過程經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)后選擇了簡單的低通濾波，選擇220181。F的電容和1200Ω的電阻。③.電源低通濾波：儀表放大器的穩(wěn)定性對力采樣信號的干擾較大，因此實(shí)驗(yàn)中對電源進(jìn)行了低通濾波，電容為47181。F。這樣輸出信號的穩(wěn)定性大為提高。⑵．軟件濾波通過多次采樣，得到一個A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字系列，然后通過某種處理后，得到一個可信度較高的結(jié)果，這種從數(shù)據(jù)系列中提取逼近真值的方法就被稱作軟件濾波。本軟件濾波用了?。荡尾蓸悠骄档姆椒ㄟM(jìn)行了測試。對每個通道采樣５次后，?。荡挝灰坪土χ涤嬎愠觯荡蔚钠骄?，再計算進(jìn)行描點(diǎn)繪圖，算法如下 Y=AX+（1A）y 其中Y——本次濾波輸出值，A——濾波系數(shù)（＜1），X——本次采樣值，y——上次濾輸出值。對靜載荷測量中，主要的干擾信號是隨機(jī)的，對于這種非周期的干擾信號，采用軟件濾波非常有效，但實(shí)驗(yàn)中軟件執(zhí)行時并不能在采樣的同時畫出采樣曲線。由此分析實(shí)驗(yàn)原因得出結(jié)論，處理器的速度慢來不及處理繪圖過程。因?yàn)槔L圖過程要求延時，加上采樣計算等過程要求時間大于實(shí)驗(yàn)所定的采樣周期，而采樣周期太大不滿足整個系統(tǒng)的設(shè)計要求。所以，此軟件濾波的方法在現(xiàn)有的硬件條件下無法實(shí)現(xiàn)，本次設(shè)計也只采用了硬件濾波[11]。本章對機(jī)床靜剛度測試系統(tǒng)硬件部分進(jìn)行了設(shè)計，一是電渦流位移傳感器和電阻應(yīng)變片壓力傳感器的選擇及標(biāo)定方法；二是詳細(xì)介紹了IPC5488可擴(kuò)展板的功用；三是給出了步進(jìn)電機(jī)的型號和其主要技術(shù)參數(shù)，對步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動控制部分進(jìn)行了詳細(xì)闡述；四是對信號采集及抗干擾濾波等方