【正文】 。一方面是填補國內(nèi)在基于LabVIEW的舵機測試儀方面的空缺，另一方面也是對所學到知識的一個實踐。機電學院從2006年起先后引進了美國NI公司的先進測控軟件平臺LabVIEW及用于高校電子技術(shù)類課程教學的ELVIS硬件平臺，學生經(jīng)過兩周的“測試技術(shù)”實訓(xùn)已基本掌握LabVIEW軟件的開發(fā)過程，指導(dǎo)教師也已掌握ELVIS硬件開發(fā)的方法，可指導(dǎo)學生完成硬件電路的設(shè)計及仿真，能夠保證該項目的順利完成。1舵機測試儀設(shè)計分析 舵機的基本知識根據(jù)控制方式，舵機應(yīng)該稱為微型伺服馬達。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。舵機接受一個簡單的控制指令就可以自動轉(zhuǎn)動到一個比較精確的角度，所以非常適合在關(guān)節(jié)型機器人產(chǎn)品使用。仿人型機器人就是舵機運用的最高境界。 舵機的結(jié)構(gòu)舵機簡單的說就是集成了直流電機、電機控制器和減速器等，并封裝在一個便于安裝的外殼里的伺服單元。能夠利用簡單的輸入信號比較精確的轉(zhuǎn)動給定角度的電機系統(tǒng)。舵機是一個位置反饋伺服系統(tǒng)，舵機安裝了一個電位器（或者角度傳感器）檢測輸出軸轉(zhuǎn)動的角度，舵機內(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)動角度。這種方式的直流電機控制法亦稱為閉環(huán)控制，因此更準確的說法是稱舵機為伺服馬達，英文為servo。，主要分為幾個部分：外殼、減速齒輪組、電機、電位器、控制電路。 舵機的結(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，但強度較低；金屬齒輪強度高，但成本高，在裝配精度一般的情況下會有很大的噪音。小扭矩舵機、微舵、扭矩大但功率密度小的舵機一般都用塑料齒輪，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上，比如輝盛的995舵機，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，在電機輸出齒輪上扭矩一般不大，用塑料齒輪。 各種齒輪箱 舵機的規(guī)格和選型當今使用的舵機有模擬舵機和數(shù)字舵機之分，不過數(shù)字舵機還是相對較少。下面的技術(shù)規(guī)格同時適用與兩種舵機。舵機的規(guī)格主要有幾個方面：轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、電壓、尺寸、重量、材料等。所以在做舵機的選型時要對以上幾個方面進行綜合考慮。1）轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速由舵機無負載的情況下轉(zhuǎn)過60176。角所需時間來衡量，176。~176。之間。（） 舵機轉(zhuǎn)角2）轉(zhuǎn)矩 舵機扭矩的單位是KGCM，這是一個扭矩單位?？梢岳斫鉃樵诙姹P上距舵機軸中心水平距離1CM處，舵機能夠帶動的物體重量。（） 舵機扭矩3）電壓 廠商提供的速度、轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)和測試電壓有關(guān)。如Futaba S9001 在 時扭力為 、速度為 秒，在 時扭力為 、速度為 秒。舵機的工作電壓對性能有重大的影響。當然，有的舵機可以在7V以上工作，比如12V的舵機也不少。較高的電壓可以提高電機的速度和扭矩。選擇舵機還需要看配套的控制卡所能提供的電壓。 舵機及其控制原理舵機是一個微型的伺服控制系統(tǒng)，： 控制電路馬達齒輪組比例電位器 舵機控制原理圖工作原理是舵機內(nèi)的控制電路接收脈沖信號源的控制脈沖，并且驅(qū)動電機開始轉(zhuǎn)動；舵機的齒輪組將電機的速度成大倍數(shù)得縮小，并把電機的輸出轉(zhuǎn)矩放大數(shù)倍，然后輸出；電位器和齒輪組的末級一起轉(zhuǎn)動，測量舵機軸轉(zhuǎn)動角度；舵機控制電路檢測并根據(jù)電位器判斷舵機轉(zhuǎn)動角度，最終控制舵機轉(zhuǎn)動到目標角度或者保持在目標角度。舵機的控制一般需要一個20ms左右的時基脈沖，~。以180度角度伺服為例，那么對應(yīng)的控制關(guān)系是這樣的（）：；；；；； 舵機時基脈沖圖 ELVIS的基本知識 ELVIS的硬件結(jié)構(gòu)NIELVIS虛擬儀器教學實驗套件是NI公司于2004年推出的一套基于LabVIEW設(shè)計和原型創(chuàng)建的實驗裝置。NIELVIS虛擬儀器教學實驗系統(tǒng)實際上就是將LabVIEW和NI的DAQ設(shè)備相結(jié)合，綜合應(yīng)用得到一個LabVIEW的教學實驗產(chǎn)物，它包括硬件和軟件兩部分：1）硬件包括一臺可運行LabVIEW的計算機，一塊多功能數(shù)據(jù)采集卡，一根68針電纜和NIELVIS教學實驗操控工作臺；2）軟件則包括Lab VIEW開發(fā)環(huán)境、NIDAQ、可以針對ELVIS硬件進行程序設(shè)計的一系列LabVIEW API和一個基于LabVIEW設(shè)計虛擬儀器軟件包。NI ELVIS的實驗套件可以插入原型實驗面板，方便于教學實驗和電子電路原型設(shè)計與測試，以此來完成測量儀器、電子電路、信號處理、控制系統(tǒng)輔助分析與設(shè)計、通信、機械電子、物理等學科課程的學習和實驗。NIELVIS集成了多個實驗室常用通用一起的功能，實現(xiàn)了教學儀器、數(shù)據(jù)采集和實驗設(shè)計一體化。用戶可以在Lab VIEW下編寫應(yīng)用程序以適當各自的設(shè)計實驗，還可以進行電子線路設(shè)計、信號處理及控制系統(tǒng)分析與設(shè)計。用戶只需要一臺NIELVIS就可以完成信號分析（示波器、動態(tài)信號分析儀、信號源、波特圖分析儀、阻抗分析儀、電流電壓分析儀、數(shù)字萬用表、直流電源等儀器的功能）。考慮到ELVIS擁有如上的優(yōu)點，并且在試驗數(shù)據(jù)的記錄、分析處理和顯示等方面有著傳統(tǒng)儀器無法比擬的優(yōu)勢，所以在本次項目中使用ELVIS完成舵機測試儀的軟件模擬和硬件電路搭建是相當合適的。 ELVIS平臺工作站及原型實驗板平臺工作站和DAQ設(shè)備共同組建成了一個完整的實驗測試系統(tǒng)。 ELVIS平臺工作站工作站提供了實現(xiàn)相關(guān)實驗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)字萬用表）SFP上。基于NI ELVIS的軟件可以在SFP儀器間傳送NI ELVIS平臺工作站上的信號。比如，能夠?qū)⒑瘮?shù)發(fā)生器的輸出信號傳送到一個DAQ設(shè)備的指定通道上，然后在NI ELVIS示波器SFP的一個期望通道上實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。平臺工作站伴有DAQ設(shè)備的一個保護板來避免實驗錯誤對設(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原型實驗板電源開關(guān)（Prototyping Board Power）：控制原型實驗板的電源通斷；⑶通信開關(guān)（Communications）：禁用NI ELVIS軟件控制請求。這種設(shè)置下可以直接訪問DAQ設(shè)備的DIO線。⑷可調(diào)電源控制（Variable Power Supplies）：可以通過平臺工作站上的硬件（手動模式）或NI ELVIS或NI ELVISVariable Power Supplies SFP（軟件模式）中的控制來控制可調(diào)電源。當可調(diào)電源處于手動模式時，用戶只能使用以下部分說明的控制方式。①電源“—”控制—手動開關(guān)：控制負極性電源是處于手動還是軟件控制模式；—電壓調(diào)節(jié)旋鈕：控制負電源的輸出。負電源的輸出范圍是12～0V。②電源“+”控制—手動開關(guān)：控制正極性電源是處于手動還是軟件控制模式；—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）：可以通過平臺工作站上的硬件控制（手動模式）或NI ELVISFGEN SFP上的控制（軟件模式）來控制函數(shù)發(fā)生器。當函數(shù)發(fā)生器處于手動模式時，只能使用在以下說明的控制方式：①手動開關(guān)（MANUAL）：控制函數(shù)發(fā)生器是處于手動還是軟件控制模式；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