基于LabVIEW 的交流伺服电机转速测试

1、基于LabVIEW 的交流伺服电机转速测试方法研究和设计说明书摘要： 本说明书介绍了基于 LabVIEW 的交流伺服电机转速测试方法。提出了通过工控机控制 NI 数据采集卡PCI0072 的DO输出信号，通过驱动放大单元后驱动交流伺服电机；同时使用数据采集卡 PCI0072的DI测量红外脉冲，通过计数器上记录的脉冲数与时间之间的关系，从而达到测量电机转速。在说明书的前面我们还对，最后给出了部分程序。引言：本次课程设计是基于LabVIEW虚拟仪器系统开发与实践等原理与技术而设计的电机转速测试系统，可以用来模拟进行一些简单的电机转速测试。虚拟仪器的起源可以追溯到20世纪70年代，“虚拟”的含义主要

2、是强调软件在仪器中的作用，体现了虚拟仪器与主要通过硬件实现各种功能的传统仪器的不同。由于虚拟仪器结构形式的多样性和适用领域的广泛性，目前对于虚拟仪器的概念还没有统一的定义。美国国家仪器公司（National Instrunents Corpotion ，NI）认为，虚拟仪器是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通信及图形用户界面的软件组成的测控系统，是一种计算机操纵的模块化仪器系统。过去40年的时间里，美国国家仪器公司（NI）通过虚拟仪器技术为测试测量和自动化领域带来了一场革新：虚拟仪器技术把现成即用的商业技术与创新的软、硬件平台相集成，从而为嵌入式设计、工业控制以及测试和测量

3、提供了一种独特的解决方案。使用虚拟仪器技术，工程师可以利用图形化开发软件方便、高效的创建完全自定义的解决方案，以满足灵活多变的需求趋势。本次设计的电机转速测试系统是利用虚拟仪器技术而完成的，通过这次设计加深信号检测理论的理解，通过对电机测速实践，掌握信号检测的基本设计方法，增强对信号检测只是的综合应用能力和实践能力。 交流伺服电机属于航海设备中使用最频繁的电机，也是其中故障率较高的电机，参数稍微发生变化就会引起系统的抖动，严重影响航行安全。对其进行性能测试，对于提高舰船航海设备的维修保障能力有着重要的意义，其中转速是一个重要性能参数。一、设计原理说明：利用采集卡本身计数器来记录脉冲个数（通过设

4、置采集卡每输入1个脉冲，采集卡的计数器就加1。利用labview的定时器或者循环体延时函数，以某一个时间间隔读取采集卡计数器的计数值，最后将计数值（脉冲数）除以时间间隔即为转速。这里需要注意的是，每统计一次转速之后，请将采集卡的计数器设置为0，否则计数器的值将会累加，导致第二次测速不正确。当然，如果不想将采集卡的计数器清零的话，也可以按方法一所说的那样，通过控件记录和跟踪每次测速起始和终止时刻采集卡计数器的计数值，然后将终止时刻计数器的值减去每次起始时刻计数器的值，将该差值作为本次测速的脉冲数（转数）。一、脉冲信号产生与采集：把自制的带有多个牙齿的齿轮盘固连电机中轴上，通过工装，把齿轮盘的外沿

5、固定于红外对管的发射极和接收极之间，如图 3 所示。伺服电机加上激磁和控制电压，中轴带动齿轮盘匀速旋转，其外沿的牙齿会间断性地遮挡在红外脉冲的发射极和接收极之间，使其产生脉冲信号。使用 PCI0072的DI测量脉冲信号，计算脉冲个数，将计数值（脉冲数）除以时间间隔即为转速,达到计算转速的目的。二、电机驱动在交流伺服电机转速测试过程中，首先需要给电机提供激磁和控制电压（两者之间需要有90°的相位差）。由于在离线状态下检测电机，没有现成的工作电压供使用，而且本文中测试的是进口电机，配套的进口驱动器价格昂贵，所以使用的是自行研制的伺服电机驱动器。程控伺服电机驱动器主要由数据采集卡 PCI0

6、072 和驱动放大单元组成。由于PCI0072输出的信号电压峰值为5 V，功率也很小，所以不足直接提供交流伺服电机的激磁和控制电压，必须通过驱动放大单元对DO口发出的信号进行电压及功率的放大。驱动放大单元中有两路结构相似的电路，一路用于激磁电压的放大，另一路用于控制电压的放大。激磁和控制电压之间 90°的相位差,通过放大板中的电容实现。LabVIEW 是一种图形化的编程语言和开发环境，以LabVIEW 为代表的图形化程序语言，又称为“G”语言。它尽可能利用工程技术人员所熟悉的术语、图标和概念，为实现仪器编程和数据采集系统提供便捷途径。三、虚拟仪器和 LabVIEW以及系统软件设计虚拟

7、仪器是现代计算机技术和仪器技术结合的产物，是当今计算机辅助测试域的一项重要技术。虚拟仪器是计算机硬件资源、仪器与测控系统硬件资源和虚拟仪器软件资源二者的有效结合。开始测试后，首先选择被测电机型号，然后DO输出信号。延时一定的时间，待电机工作稳定后，DI测量红外对管脉冲信号，经换算后得到实际转速数值，为了提高测试精度，这个过程循环多次，最后有效的转速的均值。然后判断测量值是否在理想值范围内，如果在范围内，电机转速合格，反之，为不合格，重新检查测试装置以及程序及其他的问题，排除故障后再重新测量直到得到与理论值相差在理想范围内为之。软件流程图如图所示。图1-1 软件流程图1、控制信号产生程序控制数据

8、采集卡 PCI0072 的AO0、AO1产生两路指定电压和频率 40 Hz的正弦信号。在程序图 6 中，DAQmx Create Channel（创建通道）设置为AO0、AO1，最大最小电压设置为5 V 和5 V；DAQ Timing（采样时钟频率）设置为生成波形的时间，sample mode（样本模式）设置为 Continuous Sample（连续样本）；DAQ Write（产生样本）设置为产生两路分别为 4V 40 Hz 和 2 V 40 Hz 的正弦信号。四、前面板设计：前面板是LabVIEW的图形用户界面，在LabVIEW环境中可以对这些对象的外观和属性进行设计，LabVIEW提供了

9、非常丰富的界面对象，可以方便地设计出生动、直观、操作方便的用户界面。本系统中前面板显示程序的输入和输出对象，即控件和显示器。本程序中控件主要是按钮，显示器主要是文本显示。在前面板设计过程中先在前面板整齐排列放置22个确定按钮，将这22按钮的标签隐藏，然后修改这22个确定按钮的名字分别为：09十个数字、小数点、正负号、加、减、乘、除、等号、倒数、根号、清零、退格和X的Y次方。前面板还包括一个文本显示控件用于显示计算的结果和计算器的某些提示，通过改变显示控件的大小使之于计算器的大小相适应。计算器的前面板还有程序框图中while循环的停止按钮，当按钮按下时计算器停止工作退出到LabVIEW的编辑界面

10、。为了前面板的美观和防止按钮的移动，分别将前面板的各个按钮和文字进行组合和对前面板进行装饰，装饰采用修饰中的平面框。如图2-1在前面板中，左边下拉菜单中选择被测电机型号，点击“启动”按钮，程序运行。AI 采集到的红外对管脉冲信号显示在中间的波形图中，电机的转速以码表和数字两种方式显示。同时在左中部的“测试结果”中显示交流伺服电机转速是否合格。图2-1 前面板三、后面板设计：程序框图对象包括接线端和节点，将各个对象连线连接便创建了程序框图，接线端的颜色和符号表明了相应输入控件或显示控件的数据类型。程序框图是程序的核心，程序要实现的功能都是通过程序框图反应出来的。本课程设计的程序框图主要运用了wh

11、ile循环、时间结构、条件结构和平铺顺序等结构。设计用途随着自动化技术的高速发展，仪器及检测技术已成为促进当代生产的主流环节，同时也是生产过程自动化和经营管理现代化的基础。而随着自动化程度要求的不断提高，测试技术也越来越趋向于高度智能化、多传感集成化和网络化。虚拟仪器就是利用现有的计算机，配上相应的硬件(用插在计算机的内外扩展槽或VXI 机箱中的数据采集板或信号调理系统加A/D 装置完成计算机数据I /O 操作) 和专用软件( 即虚拟仪器图形编辑语言Labview) 构成。它是计算机资源、模块化功能硬件与应用软件的有机结合，利用软件在屏幕上生成各种仪器面板，完成对数据的处理、表达、传送、存储、

12、显示等功能。与传统仪器相比，其主要优点是可以由用户自己定义、自己设计仪器系统，以满足不同的要求，使仪器的功能更加强大、灵活、易于扩展、智能化更高，而且很容易同网络、外设及其他应用设备相连接，既降低了价格，节省开发、维护的费用，又缩短了技术开发周期。虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合为一体，从而把计算机强大的数据处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，并通过软件对数据显示、存储以及分析处理，其中软件成为整个仪器系统的关键，硬件仅仅为了解决信号的输入、输出。文中设计了一种基于LabVIEW的电机转速监测系统，同时，还具备了用LabVIEW编写上位机界面，使得系统具有界面友好、操作简单、调试方便、可扩展性和可移植性强等优点。图2-2 后面板设计总结在这次课程设计当中，不管是实验设计的要求、设计方案的选择，还是设计时间及进度安排到