基于LabVIEW-的交流伺服電機轉速測試WORD

1、文檔可能無法思考全面，請瀏覽后下載! 基于LabVIEW 的交流伺服電機轉速測試方法研究和設計說明書摘要： 本說明書介紹了基于 LabVIEW 的交流伺服電機轉速測試方法。提出了通過工控機控制 NI 數據采集卡PCI0072 的DO輸出信號，通過驅動放大單元后驅動交流伺服電機；同時使用數據采集卡 PCI0072的DI測量紅外脈沖，通過計數器上記錄的脈沖數與時間之間的關系，從而達到測量電機轉速。在說明書的前面我們還對，最后給出了部分程序。引言：本次課程設計是基于LabVIEW虛擬儀器系統開發(fā)與實踐等原理與技術而設計的電機轉速測試系統，可以用來模擬進行一些簡單的電機轉速測試。虛擬儀器的起源可以追溯

2、到20世紀70年代，“虛擬”的含義主要是強調軟件在儀器中的作用，體現了虛擬儀器與主要通過硬件實現各種功能的傳統儀器的不同。由于虛擬儀器結構形式的多樣性和適用領域的廣泛性，目前對于虛擬儀器的概念還沒有統一的定義。美國國家儀器公司（National Instrunents Corpotion ，NI）認為，虛擬儀器是由計算機硬件資源、模塊化儀器硬件和用于數據分析、過程通信及圖形用戶界面的軟件組成的測控系統，是一種計算機操縱的模塊化儀器系統。過去40年的時間里，美國國家儀器公司（NI）通過虛擬儀器技術為測試測量和自動化領域帶來了一場革新：虛擬儀器技術把現成即用的商業(yè)技術與創(chuàng)新的軟、硬件平臺相集成，從

3、而為嵌入式設計、工業(yè)控制以及測試和測量提供了一種獨特的解決方案。使用虛擬儀器技術，工程師可以利用圖形化開發(fā)軟件方便、高效的創(chuàng)建完全自定義的解決方案，以滿足靈活多變的需求趨勢。本次設計的電機轉速測試系統是利用虛擬儀器技術而完成的，通過這次設計加深信號檢測理論的理解，通過對電機測速實踐，掌握信號檢測的基本設計方法，增強對信號檢測只是的綜合應用能力和實踐能力。8 / 9 交流伺服電機屬于航海設備中使用最頻繁的電機，也是其中故障率較高的電機，參數稍微發(fā)生變化就會引起系統的抖動，嚴重影響航行安全。對其進行性能測試，對于提高艦船航海設備的維修保障能力有著重要的意義，其中轉速是一個重要性能參數。一、設計原理

4、說明：利用采集卡本身計數器來記錄脈沖個數（通過設置采集卡每輸入1個脈沖，采集卡的計數器就加1。利用labview的定時器或者循環(huán)體延時函數，以某一個時間間隔讀取采集卡計數器的計數值，最后將計數值（脈沖數）除以時間間隔即為轉速。這里需要注意的是，每統計一次轉速之后，請將采集卡的計數器設置為0，否則計數器的值將會累加，導致第二次測速不正確。當然，如果不想將采集卡的計數器清零的話，也可以按方法一所說的那樣，通過控件記錄和跟蹤每次測速起始和終止時刻采集卡計數器的計數值，然后將終止時刻計數器的值減去每次起始時刻計數器的值，將該差值作為本次測速的脈沖數（轉數）。一、脈沖信號產生與采集：把自制的帶有多個牙齒

5、的齒輪盤固連電機中軸上，通過工裝，把齒輪盤的外沿固定于紅外對管的發(fā)射極和接收極之間，如圖 3 所示。伺服電機加上激磁和控制電壓，中軸帶動齒輪盤勻速旋轉，其外沿的牙齒會間斷性地遮擋在紅外脈沖的發(fā)射極和接收極之間，使其產生脈沖信號。使用 PCI0072的DI測量脈沖信號，計算脈沖個數，將計數值（脈沖數）除以時間間隔即為轉速,達到計算轉速的目的。二、電機驅動在交流伺服電機轉速測試過程中，首先需要給電機提供激磁和控制電壓（兩者之間需要有90°的相位差）。由于在離線狀態(tài)下檢測電機，沒有現成的工作電壓供使用，而且本文中測試的是進口電機，配套的進口驅動器價格昂貴，所以使用的是自行研制的伺服電機驅動

6、器。程控伺服電機驅動器主要由數據采集卡 PCI0072 和驅動放大單元組成。由于PCI0072輸出的信號電壓峰值為5 V，功率也很小，所以不足直接提供交流伺服電機的激磁和控制電壓，必須通過驅動放大單元對DO口發(fā)出的信號進行電壓及功率的放大。驅動放大單元中有兩路結構相似的電路，一路用于激磁電壓的放大，另一路用于控制電壓的放大。激磁和控制電壓之間 90°的相位差,通過放大板中的電容實現。LabVIEW 是一種圖形化的編程語言和開發(fā)環(huán)境，以LabVIEW 為代表的圖形化程序語言，又稱為“G”語言。它盡可能利用工程技術人員所熟悉的術語、圖標和概念，為實現儀器編程和數據采集系統提供便捷途徑。三

7、、虛擬儀器和 LabVIEW以及系統軟件設計虛擬儀器是現代計算機技術和儀器技術結合的產物，是當今計算機輔助測試域的一項重要技術。虛擬儀器是計算機硬件資源、儀器與測控系統硬件資源和虛擬儀器軟件資源二者的有效結合。開始測試后，首先選擇被測電機型號，然后DO輸出信號。延時一定的時間，待電機工作穩(wěn)定后，DI測量紅外對管脈沖信號，經換算后得到實際轉速數值，為了提高測試精度，這個過程循環(huán)多次，最后有效的轉速的均值。然后判斷測量值是否在理想值范圍內，如果在范圍內，電機轉速合格，反之，為不合格，重新檢查測試裝置以及程序及其他的問題，排除故障后再重新測量直到得到與理論值相差在理想范圍內為之。軟件流程圖如圖所示。

8、圖1-1 軟件流程圖1、控制信號產生程序控制數據采集卡 PCI0072 的AO0、AO1產生兩路指定電壓和頻率 40 Hz的正弦信號。在程序圖 6 中，DAQmx Create Channel（創(chuàng)建通道）設置為AO0、AO1，最大最小電壓設置為5 V 和5 V；DAQ Timing（采樣時鐘頻率）設置為生成波形的時間，sample mode（樣本模式）設置為 Continuous Sample（連續(xù)樣本）；DAQ Write（產生樣本）設置為產生兩路分別為 4V 40 Hz 和 2 V 40 Hz 的正弦信號。四、前面板設計：前面板是LabVIEW的圖形用戶界面，在LabVIEW環(huán)境中可以對這

9、些對象的外觀和屬性進行設計，LabVIEW提供了非常豐富的界面對象，可以方便地設計出生動、直觀、操作方便的用戶界面。本系統中前面板顯示程序的輸入和輸出對象，即控件和顯示器。本程序中控件主要是按鈕，顯示器主要是文本顯示。在前面板設計過程中先在前面板整齊排列放置22個確定按鈕，將這22按鈕的標簽隱藏，然后修改這22個確定按鈕的名字分別為：09十個數字、小數點、正負號、加、減、乘、除、等號、倒數、根號、清零、退格和X的Y次方。前面板還包括一個文本顯示控件用于顯示計算的結果和計算器的某些提示，通過改變顯示控件的大小使之于計算器的大小相適應。計算器的前面板還有程序框圖中while循環(huán)的停止按鈕，當按鈕按

10、下時計算器停止工作退出到LabVIEW的編輯界面。為了前面板的美觀和防止按鈕的移動，分別將前面板的各個按鈕和文字進行組合和對前面板進行裝飾，裝飾采用修飾中的平面框。如圖2-1在前面板中，左邊下拉菜單中選擇被測電機型號，點擊“啟動”按鈕，程序運行。AI 采集到的紅外對管脈沖信號顯示在中間的波形圖中，電機的轉速以碼表和數字兩種方式顯示。同時在左中部的“測試結果”中顯示交流伺服電機轉速是否合格。圖2-1 前面板三、后面板設計：程序框圖對象包括接線端和節(jié)點，將各個對象連線連接便創(chuàng)建了程序框圖，接線端的顏色和符號表明了相應輸入控件或顯示控件的數據類型。程序框圖是程序的核心，程序要實現的功能都是通過程序框

11、圖反應出來的。本課程設計的程序框圖主要運用了while循環(huán)、時間結構、條件結構和平鋪順序等結構。設計用途隨著自動化技術的高速發(fā)展，儀器及檢測技術已成為促進當代生產的主流環(huán)節(jié)，同時也是生產過程自動化和經營管理現代化的基礎。而隨著自動化程度要求的不斷提高，測試技術也越來越趨向于高度智能化、多傳感集成化和網絡化。虛擬儀器就是利用現有的計算機，配上相應的硬件(用插在計算機的內外擴展槽或VXI 機箱中的數據采集板或信號調理系統加A/D 裝置完成計算機數據I /O 操作) 和專用軟件( 即虛擬儀器圖形編輯語言Labview) 構成。它是計算機資源、模塊化功能硬件與應用軟件的有機結合，利用軟件在屏幕上生成各

12、種儀器面板，完成對數據的處理、表達、傳送、存儲、顯示等功能。與傳統儀器相比，其主要優(yōu)點是可以由用戶自己定義、自己設計儀器系統，以滿足不同的要求，使儀器的功能更加強大、靈活、易于擴展、智能化更高，而且很容易同網絡、外設及其他應用設備相連接，既降低了價格，節(jié)省開發(fā)、維護的費用，又縮短了技術開發(fā)周期。虛擬儀器通過軟件將計算機硬件資源與儀器硬件有機的融合為一體，從而把計算機強大的數據處理能力和儀器硬件的測量、控制能力結合在一起，并通過軟件對數據顯示、存儲以及分析處理，其中軟件成為整個儀器系統的關鍵，硬件僅僅為了解決信號的輸入、輸出。文中設計了一種基于LabVIEW的電機轉速監(jiān)測系統，同時，還具備了用LabVIEW編寫上位機界面，使得系統具有界面友好、操作簡單、調試方便、可擴展性和可移植性強等優(yōu)點。圖2-2 后面板設計總結在這次課程設計當中，不管是實驗設計的要求、設計方案的選擇，還是設計時間及進度安排到任務的分配，我們最注重的是合作精神。小組共有