基于直线电机驱动的标准运动装置及测试方法与流程

本发明属于高压断路器机械特性监测系统性能指标校验技术领域，尤其涉及一种基于直线电机驱动的标准运动装置及测试方法。

背景技术：

高压断路器机械特性监测是电力系统安全运行的重要保障，监测系统的性能指标能否达到设计要求至关重要。目前国内外高压断路器机械特性监测系统性能指标校验平台主要采用压缩气缸驱动、储能弹簧驱动和步进电机驱动等驱动方式。

使用压缩气缸驱动时，操作之前需要进行气压泵打压，噪声较大，且每次操作时气缸压力不同，相同参数设置下产生的运动曲线也不同，难以作为校验基准，无法进行量值传递，只能采用比兑方式进行。

使用储能弹簧驱动机构时，每次操作之前，均需对弹簧储能，耗时较长，操作机构复杂，后期维护工作量大。与气动机构相似，储能弹簧每次出力均有不同，不能产生标准的运动曲线，同样无法进行量值传递。

使用步进电机驱动机构时，虽避免了气泵打压、弹簧储能等问题，但步进电机驱动力有限，驱动加速度较小，在有限的行程内，产生的速度不能覆盖高压开关的运动速度范围，步进电机驱动的平台需要将旋转运动通过滚珠丝杆、齿轮箱、齿条与齿轮、传动带/皮带轮等转换成直线运动，会带来误差，在驱动质量很大的滑块时，容易出现失步、保护等问题。

以上方式都存在多种问题，难以满足精确校验和量值传递的要求。

技术实现要素：

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于直线电机驱动的标准运动装置及测试方法，采用直线电机驱动滑块运动产生标准运动曲线，提高精度的同时，大为简化系统本身结构，实现超精密运动控制，完全满足高压断路器机械特性监测系统性能指标校验的要求。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于直线电机驱动的标准运动装置，应用于高压断路器机械特性监测系统性能校验平台，该标准运动装置包括：数字信号处理器、驱动模块、具有直线电机的滑块和位移测量模块；

所述数字信号处理器对接收到的标准曲线参数进行处理，生成控制指令，并将控制指令发送给驱动模块；所述驱动模块基于所述控制指令，向直线电机发出驱动信号；所述直线电机基于所述驱动信号，带动滑块进行标准曲线运动；所述位移测量模块对具有直线电机的滑块进行位置检测，并反馈给数字信号处理器。

优选地，所述驱动模块包括：pwm控制接口和pwm驱动模块；

pwm控制接口，用于将pwm控制信号输出给pwm驱动模块；

pwm驱动模块，基于所述pwm控制信号产生足够功率的驱动信号传送给直线电机，使滑块按照标准曲线运动。

优选地，所述具有直线电机的滑块上刚性连接传感器，所述位移测量模块通过检测传感器实现对滑块的位置检测。

优选地，所述位移测量模块包括：设置在滑块上的磁柵尺和设置在数字信号处理器上的正交编码接口模组；

所述磁柵尺，用于测量滑块的运动位移；

所述正交编码接口模组，实时采集磁柵尺输出的位移信号，并发送给数字信号处理器。

优选地，该装置进一步包括：

有源同步模块，用于接收被校验的高压断路器监测系统的同步测试指令，并发送给数字信号处理器；

无源同步模块，用于基于内部触发，向数字信号处理器输出触发沿。

优选地，该装置进一步包括：模拟断口输出模块，用于模拟断路器的分合，输出开关信号。

优选地，该装置进一步包括：上位机管理系统，该系统通过usb接口与数字信号处理器连接；

所述上位机管理系统进行数据管理和存储，设置标准运动曲线参数并下传到数字信号处理器；并通过鼠标、键盘和液晶显示器完成人机交互。

一种基于直线电机驱动的标准运动装置的测试方法，具体包括以下步骤：

步骤一：数字信号处理器根据获取的标准曲线参数计算得到pwm控制信号，将pwm控制信号输出给pwm驱动模块；

步骤二：pwm驱动模块基于所述pwm控制信号产生足够功率的驱动信号传送给直线电机，使滑块按照标准曲线运动；

步骤三：磁柵尺测量滑块的运动位移，正交编码接口模组实时采集磁柵尺输出的位移信号，并发送给数字信号处理器；

步骤四：数字信号处理器根据标准速度值计算运动曲线，输出测试结果。

优选地，所述数字信号处理器根据获取的标准曲线参数计算得到pwm控制信号，将pwm控制信号输出给pwm驱动模块的前一步包括：通过上位机管理系统设置标准曲线参数，并下传到数字信号处理器。

优选地，所述数字信号处理器根据标准速度值计算运动曲线，输出测试结果的后一步包括：将测试结果发送至上位机管理系统，并由上位机管理系统显示产生的运动曲线。

有益效果：本发明采用直线电机驱动滑块运动产生标准运动曲线，不需要把旋转运动变成直线运动的附加装置，使得系统本身的结构大为简化，重量和体积大大下降，运行噪音低；消除了中间环节所带来的各种定位误差，定位精度高；具有良好的应用和推广前景。

附图说明

图1是本发明的基于直线电机驱动的标准运动装置结构示意图；

图2是分闸断口模拟信号示意图；

图3是基于直线电机驱动的标准运动装置的测试示意图；

图4是本发明产生的标准行程-时间曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

如图1所示是本发明的基于直线电机驱动的标准运动装置，包括数字信号处理器、驱动模块、具有直线电机的滑块、位移测量模块、有源/无源同步模块、模拟断口输出模块和上位机管理系统。

数字信号处理器是系统的控制核心，采用dsptms320f2812，接收上位机管理系统下传的标准曲线参数，完成pwm控制信号序列计算，并输出给驱动模块。

驱动模块包括pwm控制接口与pwm驱动模块，dsp根据上位机设置的标准运动曲线参数计算pwm控制信号序列，通过pwm控制接口输出给pwm驱动模块，驱动模块基于pwm控制信号产生足够功率的驱动信号传送给直线电机，使直线电机滑块按照标准曲线运动。

具有直线电机的滑块，装置使用的直流电机刚性连接滑块，由驱动模块根据dsp发出的pwm控制信号直接驱动滑块运动，产生标准运动曲线。滑块上刚性连接传感器，位移测量模块通过检测传感器实现对滑块的位置检测。

位移测量模块包括高精密的位移测量磁柵尺和正交编码(quadratureencoderpulse，qep)接口模组，位移测量磁柵尺与滑块连接，测量滑块运动位移，装置通过qep采集磁柵尺输出的精密位移信号，并发送给数字信号处理器，计算得到瞬时位移和速度信号，用于反馈控制。

上位机管理系统，通过usb接口与数字信号处理器连接，配备液晶显示屏、键盘及鼠标等。上位机进行数据管理和存储，设置标准运动曲线参数，通过usb接口与装置控制核心dsp相连接，将需要产生的标准运动曲线特征参数下传到dsp，用于直线电机控制；标准装置通过鼠标、键盘和液晶显示器完成人机交互。

有源/无源同步模块，装置的有源同步模块用于接收被校验的高压断路器监测系统的同步测试指令，输入为dc30v～dc300v宽范围的操作电压信号，并发送给数字信号处理器；为了便于自校验以及某些测试仪的空触点触发试验，设计了无源同步模块，无源同步模块内部触发，同时向数字信号处理器输出触发沿。

模拟断口输出模块，基准装置的模拟断口输出，用于模拟断路器的分合，当基准装置检测断路器动特性测试仪时，模拟断口输出48v集电极开路的开关信号，如图2所示是分闸断口模拟信号，被检测的断路器机械性能监测系统检测信号上升沿作为分闸时刻，信号可以兼容48v以下的被校验测试仪断口取样电源。

本发明中的基于直线电机驱动的标准运动装置，采用直线电机驱动滑块运动产生标准运动曲线，直线电机驱动的标准运动装置不需要把旋转运动变成直线运动的附加装置，因而使得系统本身的结构大为简化，重量和体积大大地下降，运行噪音低。不需要运动转换附加装置，消除了中间环节所带来的各种定位误差，定位精度高。通过增强机构以及反馈元件的刚性以及精度，可以实现超精密运动控制，完全满足高压断路器机械特性监测系统性能指标校验的要求，具有良好的应用和推广前景。

基于直线电机驱动的标准运动装置的测试方法，如图3所示，以分闸运动为例，具体包括以下步骤：

步骤一：将标准运动装置与上位机管理系统连接，包括被校验的仪器的直流电压触发信号输出与监测系统性能校验平台的有源同步信号输入连接，被校验仪器的断口测量信号输入与监测系统性能校验平台的模拟断口输出连接；

步骤二：上位机管理系统设置标准曲线参数，包括运动行程数值、最大速度数值、速度定义方式等，并下传到数字信号处理器；

步骤三：数字信号处理器根据标准曲线参数计算得到pwm控制信号，将pwm控制信号输出给pwm驱动模块，pwm驱动模块基于所述pwm控制信号产生足够功率的驱动信号传送给直线电机，使滑块按照标准曲线运动；

步骤四：磁柵尺测量滑块的运动位移，正交编码接口模组实时采集磁柵尺输出的位移信号，并发送给数字信号处理器，用于反馈控制；

步骤五：数字信号处理器根据标准速度值计算运动曲线；测试完成后，上传到上位机管理系统，显示产生的运动曲线，用于被校验仪器指标校验计算。

如图4所示，基准装置驱动滑块和被校验传感器总共运动了201mm，总运动时间为203.4ms，分闸时间97.566ms，分闸速度2.02m/s，超程89.85mm，被校验的断路器机械性能监测系统测量的总行程、超程、分闸时间和分闸速度应该与基准装置产生的标准曲线特征参数保持一致。

综上所述，本发明中的基于直线电机驱动的标准运动装置，采用直线电机驱动滑块运动产生标准运动曲线，提高精度的同时，大为简化系统本身结构，实现超精密运动控制，完全满足高压断路器机械特性监测系统性能指标校验的要求，具有良好的应用前景。