【正文】 。一方面是填補(bǔ)國(guó)內(nèi)在基于LabVIEW的舵機(jī)測(cè)試儀方面的空缺，另一方面也是對(duì)所學(xué)到知識(shí)的一個(gè)實(shí)踐。機(jī)電學(xué)院從2006年起先后引進(jìn)了美國(guó)NI公司的先進(jìn)測(cè)控軟件平臺(tái)LabVIEW及用于高校電子技術(shù)類(lèi)課程教學(xué)的ELVIS硬件平臺(tái)，學(xué)生經(jīng)過(guò)兩周的“測(cè)試技術(shù)”實(shí)訓(xùn)已基本掌握LabVIEW軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程，指導(dǎo)教師也已掌握ELVIS硬件開(kāi)發(fā)的方法，可指導(dǎo)學(xué)生完成硬件電路的設(shè)計(jì)及仿真，能夠保證該項(xiàng)目的順利完成。1舵機(jī)測(cè)試儀設(shè)計(jì)分析 舵機(jī)的基本知識(shí)根據(jù)控制方式，舵機(jī)應(yīng)該稱為微型伺服馬達(dá)。早期在模型上使用最多，主要用于控制模型的舵面，所以俗稱舵機(jī)。舵機(jī)接受一個(gè)簡(jiǎn)單的控制指令就可以自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)到一個(gè)比較精確的角度，所以非常適合在關(guān)節(jié)型機(jī)器人產(chǎn)品使用。仿人型機(jī)器人就是舵機(jī)運(yùn)用的最高境界。 舵機(jī)的結(jié)構(gòu)舵機(jī)簡(jiǎn)單的說(shuō)就是集成了直流電機(jī)、電機(jī)控制器和減速器等，并封裝在一個(gè)便于安裝的外殼里的伺服單元。能夠利用簡(jiǎn)單的輸入信號(hào)比較精確的轉(zhuǎn)動(dòng)給定角度的電機(jī)系統(tǒng)。舵機(jī)是一個(gè)位置反饋伺服系統(tǒng)，舵機(jī)安裝了一個(gè)電位器（或者角度傳感器）檢測(cè)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，舵機(jī)內(nèi)置控制電路板根據(jù)電位器的信息可以比較精確的控制和保持輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。這種方式的直流電機(jī)控制法亦稱為閉環(huán)控制，因此更準(zhǔn)確的說(shuō)法是稱舵機(jī)為伺服馬達(dá)，英文為servo。，主要分為幾個(gè)部分：外殼、減速齒輪組、電機(jī)、電位器、控制電路。 舵機(jī)的結(jié)構(gòu)齒輪箱有塑料齒輪、混合齒輪、金屬齒輪的差別（）。塑料齒輪成本底，噪音小，但強(qiáng)度較低；金屬齒輪強(qiáng)度高，但成本高，在裝配精度一般的情況下會(huì)有很大的噪音。小扭矩舵機(jī)、微舵、扭矩大但功率密度小的舵機(jī)一般都用塑料齒輪，如Futaba 3003，輝盛的9g微舵。金屬齒輪一般用于功率密度較高的舵機(jī)上，比如輝盛的995舵機(jī)，在和3003一樣體積的情況下卻能提供13KG的扭矩?；旌淆X輪在金屬齒輪和塑料齒輪間做了折中，在電機(jī)輸出齒輪上扭矩一般不大，用塑料齒輪。 各種齒輪箱 舵機(jī)的規(guī)格和選型當(dāng)今使用的舵機(jī)有模擬舵機(jī)和數(shù)字舵機(jī)之分，不過(guò)數(shù)字舵機(jī)還是相對(duì)較少。下面的技術(shù)規(guī)格同時(shí)適用與兩種舵機(jī)。舵機(jī)的規(guī)格主要有幾個(gè)方面：轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電壓、尺寸、重量、材料等。所以在做舵機(jī)的選型時(shí)要對(duì)以上幾個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮。1）轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速由舵機(jī)無(wú)負(fù)載的情況下轉(zhuǎn)過(guò)60176。角所需時(shí)間來(lái)衡量，176。~176。之間。（） 舵機(jī)轉(zhuǎn)角2）轉(zhuǎn)矩 舵機(jī)扭矩的單位是KGCM，這是一個(gè)扭矩單位?？梢岳斫鉃樵诙姹P(pán)上距舵機(jī)軸中心水平距離1CM處，舵機(jī)能夠帶動(dòng)的物體重量。（） 舵機(jī)扭矩3）電壓 廠商提供的速度、轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)據(jù)和測(cè)試電壓有關(guān)。如Futaba S9001 在 時(shí)扭力為 、速度為 秒，在 時(shí)扭力為 、速度為 秒。舵機(jī)的工作電壓對(duì)性能有重大的影響。當(dāng)然，有的舵機(jī)可以在7V以上工作，比如12V的舵機(jī)也不少。較高的電壓可以提高電機(jī)的速度和扭矩。選擇舵機(jī)還需要看配套的控制卡所能提供的電壓。 舵機(jī)及其控制原理舵機(jī)是一個(gè)微型的伺服控制系統(tǒng)，： 控制電路馬達(dá)齒輪組比例電位器 舵機(jī)控制原理圖工作原理是舵機(jī)內(nèi)的控制電路接收脈沖信號(hào)源的控制脈沖，并且驅(qū)動(dòng)電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)；舵機(jī)的齒輪組將電機(jī)的速度成大倍數(shù)得縮小，并把電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩放大數(shù)倍，然后輸出；電位器和齒輪組的末級(jí)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)量舵機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度；舵機(jī)控制電路檢測(cè)并根據(jù)電位器判斷舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，最終控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到目標(biāo)角度或者保持在目標(biāo)角度。舵機(jī)的控制一般需要一個(gè)20ms左右的時(shí)基脈沖，~。以180度角度伺服為例，那么對(duì)應(yīng)的控制關(guān)系是這樣的（）：；；；；； 舵機(jī)時(shí)基脈沖圖 ELVIS的基本知識(shí) ELVIS的硬件結(jié)構(gòu)NIELVIS虛擬儀器教學(xué)實(shí)驗(yàn)套件是NI公司于2004年推出的一套基于LabVIEW設(shè)計(jì)和原型創(chuàng)建的實(shí)驗(yàn)裝置。NIELVIS虛擬儀器教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)際上就是將LabVIEW和NI的DAQ設(shè)備相結(jié)合，綜合應(yīng)用得到一個(gè)LabVIEW的教學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物，它包括硬件和軟件兩部分：1）硬件包括一臺(tái)可運(yùn)行LabVIEW的計(jì)算機(jī)，一塊多功能數(shù)據(jù)采集卡，一根68針電纜和NIELVIS教學(xué)實(shí)驗(yàn)操控工作臺(tái)；2）軟件則包括Lab VIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境、NIDAQ、可以針對(duì)ELVIS硬件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的一系列LabVIEW API和一個(gè)基于LabVIEW設(shè)計(jì)虛擬儀器軟件包。NI ELVIS的實(shí)驗(yàn)套件可以插入原型實(shí)驗(yàn)面板，方便于教學(xué)實(shí)驗(yàn)和電子電路原型設(shè)計(jì)與測(cè)試，以此來(lái)完成測(cè)量?jī)x器、電子電路、信號(hào)處理、控制系統(tǒng)輔助分析與設(shè)計(jì)、通信、機(jī)械電子、物理等學(xué)科課程的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)。NIELVIS集成了多個(gè)實(shí)驗(yàn)室常用通用一起的功能，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)儀器、數(shù)據(jù)采集和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一體化。用戶可以在Lab VIEW下編寫(xiě)應(yīng)用程序以適當(dāng)各自的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，還可以進(jìn)行電子線路設(shè)計(jì)、信號(hào)處理及控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)。用戶只需要一臺(tái)NIELVIS就可以完成信號(hào)分析（示波器、動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀、信號(hào)源、波特圖分析儀、阻抗分析儀、電流電壓分析儀、數(shù)字萬(wàn)用表、直流電源等儀器的功能）?？紤]到ELVIS擁有如上的優(yōu)點(diǎn)，并且在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄、分析處理和顯示等方面有著傳統(tǒng)儀器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，所以在本次項(xiàng)目中使用ELVIS完成舵機(jī)測(cè)試儀的軟件模擬和硬件電路搭建是相當(dāng)合適的。 ELVIS平臺(tái)工作站及原型實(shí)驗(yàn)板平臺(tái)工作站和DAQ設(shè)備共同組建成了一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)。 ELVIS平臺(tái)工作站工作站提供了實(shí)現(xiàn)相關(guān)實(shí)驗(yàn)硬件儀器的連接功能的硬件基礎(chǔ)，工作站的控制面板則提供了函數(shù)發(fā)生器及可調(diào)電源等一系列方便操作的旋鈕，同時(shí)也提供了BNC和香蕉型連接器可以連接到NI ELVIS示波器SFP和NI ELVIS DMM（數(shù)字萬(wàn)用表）SFP上?；贜I ELVIS的軟件可以在SFP儀器間傳送NI ELVIS平臺(tái)工作站上的信號(hào)。比如，能夠?qū)⒑瘮?shù)發(fā)生器的輸出信號(hào)傳送到一個(gè)DAQ設(shè)備的指定通道上，然后在NI ELVIS示波器SFP的一個(gè)期望通道上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。平臺(tái)工作站伴有DAQ設(shè)備的一個(gè)保護(hù)板來(lái)避免實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤對(duì)設(shè)備可能造成的傷害。工作站部件概述：⑴系統(tǒng)電源燈LED（System Power）：指示是否已給NI ELVIS供電；⑵原型實(shí)驗(yàn)板電源開(kāi)關(guān)（Prototyping Board Power）：控制原型實(shí)驗(yàn)板的電源通斷；⑶通信開(kāi)關(guān)（Communications）：禁用NI ELVIS軟件控制請(qǐng)求。這種設(shè)置下可以直接訪問(wèn)DAQ設(shè)備的DIO線。⑷可調(diào)電源控制（Variable Power Supplies）：可以通過(guò)平臺(tái)工作站上的硬件（手動(dòng)模式）或NI ELVIS或NI ELVISVariable Power Supplies SFP（軟件模式）中的控制來(lái)控制可調(diào)電源。當(dāng)可調(diào)電源處于手動(dòng)模式時(shí)，用戶只能使用以下部分說(shuō)明的控制方式。①電源“—”控制—手動(dòng)開(kāi)關(guān)：控制負(fù)極性電源是處于手動(dòng)還是軟件控制模式；—電壓調(diào)節(jié)旋鈕：控制負(fù)電源的輸出。負(fù)電源的輸出范圍是12～0V。②電源“+”控制—手動(dòng)開(kāi)關(guān)：控制正極性電源是處于手動(dòng)還是軟件控制模式；—電壓調(diào)節(jié)旋鈕：控制正電源的輸出。負(fù)電源的輸出范圍是0～+12V。⑸函數(shù)發(fā)生器控制（Function Generator）：可以通過(guò)平臺(tái)工作站上的硬件控制（手動(dòng)模式）或NI ELVISFGEN SFP上的控制（軟件模式）來(lái)控制函數(shù)發(fā)生器。當(dāng)函數(shù)發(fā)生器處于手動(dòng)模式時(shí)，只能使用在以下說(shuō)明的控制方式：①手動(dòng)開(kāi)關(guān)（MANUAL）：控制函數(shù)發(fā)生器是處于手動(dòng)還是軟件控制模式；②函數(shù)選擇器：選擇產(chǎn)生哪一種波形。NI ELVIS可以生成正弦波、方波或三角波；③幅值旋鈕（Coarse Requency）：調(diào)節(jié)所產(chǎn)生的波形振幅；④頻率粗調(diào)旋鈕（Amplitude）：設(shè)定函數(shù)發(fā)生器所能產(chǎn)生的頻率范圍；⑤頻率微