专利名称：用于监测悬浮状态下直线电机动态推力的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种在悬浮状态下对直线电机动态推力进行实时监测的装置。
背景技术：
直线电机具有结构简单、定位精度高、响应快、加速性能好、噪音低、效率高等特点，在自动控制系统中得到了广泛应用。推力作为衡量直线电机性能的一个重要指标，反映了电机的工作状态。在高精度微进给数控系统中，推力波动将使伺服系统变坏导致加工产品的质量降低甚至报废。因此，对电机推力进行实时监测有着非常重要的意义。现有的测量方法存在测量精度低、不能实时监测等特点，无法精确、动态监测直线电机的推力输出情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是避免现有技术的不足，提供一种高精度、非接触式的测试装置来实时监测悬浮状态下直线电机的动态推力，由于在悬浮状态下，直线电机驱动的运动模块与轨道之间摩擦力非常小，可以忽略不计，其可以监测并显示运动模块受到的实时推力状态，此数据对于标定悬浮状态下直线电机的工作状态有着重要的意义。本发明所依据原理为牛顿第二定律如方程(I)所示F = m · a+f (I)根据采样定理，将连续值加速度a离散化为ak，方程(I)变为如下所示Fk = m · ak+f (2)其中，m为移动部分物体的质量，ak为第K次采样时的加速度，其计算方法如公式
(3)所示，
权利要求
1.一种用于监测悬浮状态下直线电机动态推力的装置，其特征在于安装于直线电机上的非接触式的光电编码器和安装于上位机内部的信号转换和预处理电路、高速数据采集卡、计算分析数据单元；所述非接触式的光电编码器包括直线光栅和读数头；所述直线光栅与直线电机定子固定连接；所述读数头固定连接于读数头支架上，并跟随直线电机驱动的运动模块移动；所述读数头与直线光栅上的光栅尺对正，保证能够准确的实时采集直线电机驱动的运动模块的动态位移数据；所述读数头通过数据线与信号转换和预处理电路构成电联接；所述读数头实时采集到的直线电机驱动的运动模块的动态位移数据，经信号转换和预处理电路处理后传输给高速数据采集卡，并经计算分析数据单元对高速数据采集卡中的数据进行分析和控制计算后，显示出直线电机实时的动态推力及直线电机驱动的运动模块的速度。
2.根据权利要求1所述的用于监测悬浮状态下直线电机动态推力的装置，其特征在于所述读数头实时采集到的直线电机驱动的运动模块的动态位移数据为脉冲信号，其通过信号转换和预处理电路转化为模拟量信号。
3.使用权利要求1所述的用于监测悬浮状态下直线电机动态推力的装置进行动态推力测试的方法其特征在于，包括如下步骤1)通过上位机设定实时数据采集周期T；2)通过非接触式的光电编码器采集连续三个周期内直线电机驱动的运动模块的动态位移变化数据SK、Sm、Sk_2 ；3)通过计算分析数据单元，利用公式对上述步骤2)采集数据进行分析处理，得到实时加速度ak的值，通过公式A =mSk ~2Sp +Sk'2 +/计算电机实时推力，其中摩擦力f对于此悬浮状态下直线电机驱动的运动模块而言值很小，可以忽略不计，从而经过计算即可测得悬浮状态下直线电机实时的动态推力；4)通过上位机显示出直线电机实时的动态推力及直线电机驱动的运动模块的速度。
全文摘要
本发明涉及一种在悬浮状态下对直线电机动态推力进行监测的装置，包括安装于直线电机上的非接触式的光电编码器和安装于上位机内部的信号转换和预处理电路、高速数据采集卡、计算分析数据单元；所述非接触式的光电编码器包括直线光栅和读数头；所述直线光栅与直线电机定子固定连接；所述读数头固定连接于读数头支架上，并跟随直线电机驱动的运动模块移动；本装置通过采用高精度、非接触式的光电式编码器，通过信号处理及数据分析，对悬浮状态下直线电机驱动的运动模块实时的监测其所受到的动态推力，有效的解决了悬浮状态下直线电机驱动时不能实时监测其驱动力的问题，对于标定直线电机性能有着重要的意义。
文档编号G01L5/00GK102998043SQ20121053180
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者张从鹏, 罗学科, 李美波 申请人:北方工业大学