【文章內(nèi)容簡介】 /。 PCI1710模擬量輸入/輸出連線示意圖 直流電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件下的實(shí)際情況，電動(dòng)機(jī)采用80BL1653130無刷直流電機(jī)，其基本數(shù)據(jù)如表31所示。表31 80BL1653130無刷直流電機(jī)特性表型號額定電壓VDC額定功率W額定轉(zhuǎn)速rpm額定扭矩NM軸距mm機(jī)身長mm極數(shù)80BL16531303107502400141654電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用ZD7204通用無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它采用國際最新電機(jī)專用數(shù)字處理器DSP 為核心配以高速度數(shù)字邏輯芯片高品質(zhì)功率模塊，組成具有集成度高、體積小、保護(hù)完善、接線簡潔明了、可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)。該驅(qū)動(dòng)器可提供：操作面板速度設(shè)定，外部模擬電壓調(diào)速、外部電位器調(diào)速，脈寬調(diào)速等功能。采用高速核心控制部件控制，具有操作安全（控制部件和功率部件全隔離）、調(diào)速方式靈活多樣、轉(zhuǎn)速即時(shí)顯示、保護(hù)功能齊全、功率部件提供硬件保護(hù)等特點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)用到該驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)速輸出及外部電壓調(diào)速功能，轉(zhuǎn)速輸出的信號接采集卡的模擬輸入端。 ZD7204型直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過ZD7204上的無刷電機(jī)繞組ABC相MA、MB、MC連接到無刷電機(jī)的定子端，進(jìn)行轉(zhuǎn)速的控制，通過霍爾傳感器ABC相檢測端HA、HB、HC連接到無刷電機(jī)的霍爾傳感器檢測端口，即可進(jìn)行轉(zhuǎn)速信號的檢測。同時(shí)也提供了外部輸入電壓控制轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向功能，分別將電壓信號連至SV端和F/R端即可。公共端COM相當(dāng)于地端。數(shù)據(jù)采集卡插在計(jì)算機(jī)的PCI插槽里，AO0_OUT連接至驅(qū)動(dòng)器的SV端，用以輸出電壓信號，AO1_OUT連接至F/R端用以控制正反轉(zhuǎn)。AI13采集口連至驅(qū)動(dòng)器PG端，用來檢測脈沖信號。通過驅(qū)動(dòng)器上的MA、MB、MC連接到無刷電機(jī)的定子A、B、C三相，進(jìn)行轉(zhuǎn)速的控制，通過HA、HB、HC連接到無刷電機(jī)的霍爾傳感器檢測端口，即可進(jìn)行轉(zhuǎn)速信號的檢測。 硬件接線示意圖第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件總體設(shè)計(jì)思想軟件設(shè)計(jì)以LabVIEW為工具，程序主要分為三部分的內(nèi)容：轉(zhuǎn)速控制、轉(zhuǎn)速檢測以及PID。在轉(zhuǎn)速控制程序中輸入設(shè)定轉(zhuǎn)速，通過采集卡的模擬輸出功能輸出控制電壓信號到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，用霍爾傳感器檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速脈沖，并通過采集卡將接收的轉(zhuǎn)速脈沖信號發(fā)送給計(jì)算機(jī)，由轉(zhuǎn)速檢測程序處理得到轉(zhuǎn)速信號，通過PID程序進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)并實(shí)時(shí)顯示結(jié)果，使直流電機(jī)達(dá)到最佳轉(zhuǎn)速。編程方面，研華提供了PCI1710的動(dòng)態(tài)鏈接庫DLL，并已經(jīng)在LabVIEW程序中將DLL封裝成各個(gè)子VI，功能齊全，極大地方便了編程者的調(diào)用。 軟件總體設(shè)計(jì)框圖 圖形化編程軟件LabVIEW簡介LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言，被公認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。它采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。VI指虛擬儀器，是 LabVIEW的程序模塊。LabVIEW提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面。目前它已經(jīng)廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。它集成了與滿足 GPIB、VXI、RS232和 RS485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能，同時(shí)還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動(dòng)有趣。LabVIEW 程序稱為虛擬儀器或簡稱為VI，每個(gè)VI都由前面板和框圖程序以及圖標(biāo)／連接端口3部分組成。LabVIEW不同于基于文本的編程語言(如Fortran和C)，它是一種圖形編程語言——通常稱為G編程語言，用它編程時(shí)，基本上不需要編寫程序代碼，而是“繪制”程序流程圖，可以說是其編程過程就是通過圖形符號描述程序的行為。LabVIEW 使用的是科學(xué)家和工程師們所熟悉的術(shù)語，還使用了易于識別的構(gòu)造G語言的圖形符號。即使具有很少編程經(jīng)驗(yàn)的人也能學(xué)會使用LabVIEW，并能夠發(fā)現(xiàn)和了解一些有用的基本編程原則。LabVIEW是工程人員開發(fā)虛擬儀器常用的一種軟件工具。它有很多特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：LabVIEW不僅提供了與遵從GPIB、VXI、RS232和RS485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通信的全部功能，還內(nèi)置了支持TCP／IP，ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)，而且其圖形化的編程界面使編程過程變得生動(dòng)有趣。另外，LabVIEW是真正的32位編譯器；提供大量與外部代碼或軟件進(jìn)行連接的機(jī)制，如DLL(動(dòng)態(tài)連接庫)和DDE(共享庫)等。程序前面板是圖形用戶界面，也就是VI的虛擬儀器面板，用于模擬真實(shí)儀器儀表的面板，功能類似于傳統(tǒng)儀器的前面板。虛擬儀器前面板控件和傳統(tǒng)儀器面板上的旋鈕、開關(guān)、按鈕等在功能和外觀上極為相似，甚至有時(shí)基本相同。每一個(gè)程序前面板都有一段框圖程序與其對應(yīng)?？驁D程序由端口、節(jié)點(diǎn)、圖框和連線構(gòu)成。其中端口被用來同程序前面板的控制和顯示傳遞數(shù)據(jù)，節(jié)點(diǎn)被用來實(shí)現(xiàn)函數(shù)和功能調(diào)用，圖框被用來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序控制命令，而連線代表程序執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)流，定義了框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流動(dòng)方向。用LabVIEW 圖形編程語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，其過程與設(shè)計(jì)傳統(tǒng)儀器思路過程基本一致?？驁D程序提供VI的圖形化源程序，用LabVIEW圖形編程語言編寫，可以把它理解成傳統(tǒng)程序的源代碼，但避免了用傳統(tǒng)的文本語言進(jìn)行編程時(shí)，從設(shè)計(jì)編程流程圖再到程序編寫等的繁瑣過程。程序框圖就相當(dāng)于傳統(tǒng)儀器與前面板相聯(lián)系的硬件電路。 PCI控制卡的各子程序設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速控制程序轉(zhuǎn)速控制程序主要完成對轉(zhuǎn)速控制的輸出，電壓信號直接由PCI1710輸出到驅(qū)動(dòng)器即可進(jìn)行調(diào)速。這一模塊主要用到1個(gè)低級I/O Vis：SelectDevicePop，供用戶選擇安裝的設(shè)備列表，同時(shí)輸出設(shè)備編號（Devnum）選擇的設(shè)備，和連接的子設(shè)備的數(shù)量（Subdevts）。還有3個(gè)高級I/O Vis：DeviceOpen、DeviceClose、AOVoltageOut。其中DeviceOpeni和DeviceClose類似于設(shè)備管理器，用來執(zhí)行基本的設(shè)備操作；AOVoltageOut為模擬輸出的調(diào)用設(shè)備函數(shù)，輸入數(shù)值即可改變一個(gè)模擬輸出通道（AO0_OUT或者AO1_OUT）的輸出電壓狀態(tài)。 轉(zhuǎn)速控制程序流程圖（1）。 DeviceOpen的程序結(jié)構(gòu)及編程連接示意圖，功能是從注冊文件或者配置文件中得到合適的使設(shè)備工作的參數(shù)，同時(shí)分配內(nèi)存來存儲這些參數(shù)，使設(shè)備做好I／O操作的準(zhǔn)備工作，這個(gè)函數(shù)必須在調(diào)用其他函數(shù)調(diào)用前調(diào)用。其中，DevNum為設(shè)備號接口，其數(shù)值為在設(shè)備管理器中已安裝驅(qū)動(dòng)的設(shè)備列表里的列出的序列號，這里取0。DriverHandle為設(shè)備是由研華設(shè)備管理器指定的設(shè)備的驅(qū)動(dòng)模塊。Error out為系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)的輸出。（2）。 DeviceClose的程序結(jié)構(gòu)及編程連接示意圖，功能是釋放由設(shè)備打開函數(shù)分配的參數(shù)值以及關(guān)閉打開的采集卡PCI1710。（3）。 AOVoltageOUT的程序結(jié)構(gòu)和編程連接示意圖其中channel為所選輸出通道，為采集卡輸出端子板上與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電壓輸入端相連的通道，本次設(shè)計(jì)采用0號通道AO0_OUT，故設(shè)置為0；Voltage為模擬輸出電壓值設(shè)定，輸入一定的電壓值對應(yīng)著一定的轉(zhuǎn)速。DriverHandle是打開裝置的代碼，各個(gè)子VI的DriverHandle相連。 轉(zhuǎn)速控制程序前面板 轉(zhuǎn)速控制程序框圖 轉(zhuǎn)速檢測程序 轉(zhuǎn)速檢測程序主要完成對電機(jī)轉(zhuǎn)速信號的測量，驅(qū)動(dòng)器會將電機(jī)的霍爾信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號，在LabVIEW中需要測量出這個(gè)脈沖信號并轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速信號。這一模塊除了用到3個(gè)通用的VIs：SelectDevicePop、DeviceOpen和DeviceClose外，還用到3個(gè)低級I/O Vis：SingleChannelINTSetup、BufferChangeHandler和OverrunHandler。以及5個(gè)高級I/O Vis：EnableEvent、WaitFastAIOEvent、AllocDSPBuf、FAIStop和FreeINTBuf。 轉(zhuǎn)速檢測程序流程圖（1）。 SingleChannelINTSetup的程序結(jié)構(gòu)和編程連接示意圖SingleChannelINTSetup主要功能是啟動(dòng)單通道FAI（Fast Analog Input，快速模擬輸入），并設(shè)置信號采集相關(guān)參數(shù)。通過FAIINTStart數(shù)據(jù)端設(shè)置內(nèi)/外觸發(fā)源，采樣率（SampleRate），采集通道，增益（本次設(shè)計(jì)中電壓幅值+/5V，故設(shè)置為0），是/否循環(huán)等參數(shù)。（2）。 AllocDSPBuf VI的程序結(jié)構(gòu)和編程連接示意圖AllocDSPBuf作為緩沖區(qū)用于儲存脈沖信號相關(guān)數(shù)據(jù)，它的信號輸出端DisplayBuffer包含了顯示緩沖區(qū)的信息，其中主要包括了采集轉(zhuǎn)速脈沖的電壓幅值和脈沖頻率。（3） WaitFastAIOEvent的程序結(jié)構(gòu)和編程連接示意圖 WaitFastAIOEvent用于處理FAIO（快速模擬輸入/輸出）中的事件信號，包括緩沖區(qū)的變化，緩沖區(qū)不足，或者是采集終止等情況。當(dāng)模擬量輸入的緩沖區(qū)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好是，AI BufferReady會輸出“1”的信號，進(jìn)行下一步的信號傳輸。當(dāng)模擬輸入終止時(shí)，AI Terminated輸出“TRUE”的信號，該端連至采集循環(huán)的循環(huán)開關(guān)，用于控制連續(xù)采集的進(jìn)行或終止。（4）。 BufferChangeHandler 的程序結(jié)構(gòu)和編程連接示意圖BufferChangeHandler用于處理從采樣緩沖相對于用戶緩沖區(qū)數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)的情況。當(dāng)BufferChange端接收到WaitFastAIOEvent的AI BufferReady信號，DisplayBuffer端就會繼續(xù)傳輸脈沖信號的相關(guān)數(shù)據(jù)到脈沖信號處理單元，進(jìn)行脈沖的分析和轉(zhuǎn)速顯示。 轉(zhuǎn)速檢測程序前面板 轉(zhuǎn)速檢測程序框圖 PID控制程序PID控制程序完成對控制轉(zhuǎn)速和檢測轉(zhuǎn)速信號的比較并進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。美國國家儀器公司（簡稱NI）提供了在LabVIEW中使用的PID控制工具包，可幫助工程師結(jié)合NI數(shù)據(jù)采集設(shè)備快速有效地搭建一個(gè)數(shù)字PID控制器，精確可靠地完成系統(tǒng)需求。、PID 。 通過setpoint輸入轉(zhuǎn)速設(shè)定值，process variable輸入檢測轉(zhuǎn)速值，在PID gains輸入PID調(diào)節(jié)的比例、積分、微分參數(shù)，通過output輸出PID調(diào)節(jié)值，經(jīng)過放大后與設(shè)定值相加作為轉(zhuǎn)速輸出值，即可達(dá)到調(diào)節(jié)效果。理論誤差為1r/min。 總程序框圖 將3個(gè)子程序整理合并之后得到本文設(shè)計(jì)的基于PCI控制卡的直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)總程序。 直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)程序前面板 直流無刷電機(jī)控制系統(tǒng)程序框圖第五章 實(shí)驗(yàn)與結(jié)論 硬件的安裝與測試首先研華提供的驅(qū)動(dòng)光盤插入計(jì)算機(jī)，安裝板卡的驅(qū)動(dòng)程序及配置軟件（DevMgr），然后關(guān)機(jī)。將PCI1710板卡插入計(jì)算機(jī)的PCI插槽，打開計(jì)算機(jī)，在“設(shè)備管理器”。則說明板卡已經(jīng)成功安裝。 PCI1710成功安裝至計(jì)算機(jī)搭建好系統(tǒng)的硬件連線，并記下采集通道和輸出通道號，即可上電開始下一步的測試。 系統(tǒng)的實(shí)物連接圖在PCI1710安裝完成后，需進(jìn)行板卡的功能測試。將各部分硬件連線完成后，研華提供了板卡的測試軟件Advantech Device Test，用以進(jìn)行板卡的I/O功能測試。本文進(jìn)行了板卡的模擬量輸出測試，通過輸出一定的電壓值來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。 模擬量輸出測試軟件兩個(gè)模擬輸出通道AO0_OUT和AO1_OUT可以通過軟件設(shè)置選擇輸出正弦波、三角波、方波，可以設(shè)置輸出波頻率以及輸出電壓幅值。例如，在“Manual Output”，點(diǎn)擊“Out”按鈕，這個(gè)值可用萬用表測得。電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為2500r/min，理想轉(zhuǎn)速為200r/min，實(shí)際驅(qū)動(dòng)器測得轉(zhuǎn)速為107r/min；，理想轉(zhuǎn)速為400r/min，實(shí)際驅(qū)動(dòng)器測得轉(zhuǎn)速為311 r/min；，理想轉(zhuǎn)速為600r/min，實(shí)際驅(qū)動(dòng)器測得轉(zhuǎn)速為518r/min；，理想轉(zhuǎn)速為800r/min，實(shí)際驅(qū)動(dòng)器測得轉(zhuǎn)速為714 r/min；通過測試軟件輸出2V電壓，理想轉(zhuǎn)速為1000r/min，實(shí)際驅(qū)動(dòng)器測得轉(zhuǎn)速為917r/min；，理想轉(zhuǎn)速為1200r/min，實(shí)際驅(qū)動(dòng)器測得轉(zhuǎn)速為1118r/min。雖然有一定誤差，但轉(zhuǎn)速隨著輸出電壓線性增長，誤差也隨之減少，達(dá)到了測試效果。 軟件測試 轉(zhuǎn)速控制程序測試打開LabVIEW的轉(zhuǎn)速控制程序，選擇模擬輸出通道“0”，設(shè)置額定轉(zhuǎn)速2500（默認(rèn)），極對數(shù)為“4”與驅(qū)動(dòng)器的設(shè)定相符合。輸入轉(zhuǎn)速“1000”，點(diǎn)擊“運(yùn)行”。 轉(zhuǎn)速控制程序運(yùn)行1000r/min對應(yīng)的控制電壓是2V，使用萬用表測量模擬輸出通道AO0_OUT的輸出電壓為2V。驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)速檢測顯示轉(zhuǎn)速為917r/min，與用測試軟件輸出2V時(shí)的檢測轉(zhuǎn)速相同。同時(shí)本文也分別進(jìn)行了200r/min、400r/min 、600r/min、800r/min、1000r/min、1200r/min的轉(zhuǎn)速控制測試，均與用Advantech Device Test測試時(shí)的控制效果相同，即證明了轉(zhuǎn)速控制程序的測試成功。 轉(zhuǎn)速檢測程序測試打開LabVIEW的轉(zhuǎn)速控制程序，選擇采樣通道“13”，采樣率為1000Hz，當(dāng)前設(shè)置轉(zhuǎn)速為1000r/min。 轉(zhuǎn)速檢測程序運(yùn)行檢測到的脈沖信號經(jīng)過處理計(jì)算