【導(dǎo)讀】步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移的機(jī)電元件，與其它類(lèi)。I／O接口卡作為硬件基礎(chǔ)，采用軟件程序來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的同步精確運(yùn)動(dòng)控制。這種用LabVIEW設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有控制靈活、人機(jī)交互性強(qiáng)、界面友。好、操作方便等特點(diǎn)。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為虛擬儀器的設(shè)計(jì)尋找了一種普遍的方法。

　　

【正文】 機(jī) ，圖中左邊 的方框?yàn)榍S轉(zhuǎn)速 和進(jìn)氣管壓力 ， 用于共同控制 模擬信號(hào)的輸入和輸出 。中間 兩個(gè)圓形的圖標(biāo) 為電機(jī)正反轉(zhuǎn)的顯示。下面是程序 終止按鈕，點(diǎn)擊則系統(tǒng)停止運(yùn)行的程序。右邊的方框則完成系統(tǒng)的 顯示。 四相狀態(tài)則顯示電機(jī)相的高低電平， 0 表示低電平， 1表示高電平。 主程序的程序框圖如下圖所示： 21 圖 主程序程序框圖 程序框圖中 通過(guò) PXI7833 和 PXI6723 板卡 和相應(yīng)的框圖程序共同 對(duì) 模擬信號(hào)進(jìn)行輸入和輸出 。由于框圖中 PXI7833R VI 和汽車(chē)進(jìn)氣管 壓力控制部分是在實(shí)驗(yàn)室中選用的 由中國(guó)汽車(chē)研究所提供 的研究汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的函數(shù)模塊，比較復(fù)雜，這里不做詳細(xì)介紹，主要功能是改變步進(jìn)電機(jī)的四相狀態(tài)。再通過(guò) PCI6514采集數(shù)據(jù)接入 DAQmx 函數(shù) ， 創(chuàng)建 一個(gè) 虛擬通道 ， 選用端口 1,25線，然后 開(kāi)始任務(wù)，進(jìn)行一個(gè)大的 while 循環(huán)， 進(jìn)入 DAQmx 讀函數(shù)， 顯示四相狀態(tài) ， 將布爾數(shù)組的采集值轉(zhuǎn)換為數(shù)值 進(jìn)行 步進(jìn)狀態(tài)子 VI 的操作 ，并送至移位寄存器 。具體的工作由兩個(gè)子 VI 完成 （后面會(huì)有相應(yīng)介紹） ，程序 1毫秒運(yùn)行一次， 只有數(shù)據(jù)通道采集 數(shù)據(jù)進(jìn)行 讀操作 出錯(cuò) 時(shí) 或點(diǎn)擊程序終止按鈕時(shí)才停止程 序 ， while 循環(huán)外面的 DAQmx 函數(shù)是對(duì)任務(wù)進(jìn)行清除，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，則 顯示含有警告和 需要 確定按鈕的對(duì)話框 。 22 二、步進(jìn)狀態(tài)程序的設(shè)計(jì) 在步進(jìn)狀態(tài)子 VI 中由 DAQmx 讀函數(shù)將采集值輸入，由于選用的步進(jìn)電機(jī)是四相 ， 而且有公共接線端，接線柱上有 A 和 A ， 且由高低 電平控制， 所以 步進(jìn)電機(jī)的四相狀態(tài) 由兩個(gè) 0、 1和 0組合起來(lái)就 只有 10四種情況。 且運(yùn)行正轉(zhuǎn)的狀態(tài)值順序?yàn)?9— 10— 6— 5 因此設(shè)計(jì)程序如下。 下面以采集值為 5 的為例，設(shè)計(jì)的程序流程圖如下所示，其它采集值的方法類(lèi)似。 圖 采集值為 5的操作流程 步進(jìn)狀態(tài)子 VI 的前面板如下 ： 采集值、采集值 正轉(zhuǎn)采集和反轉(zhuǎn)采集分別由前面輸入， 采集值 是當(dāng)前的步進(jìn)狀態(tài)值， 采集值 2 是上 一次的步進(jìn)狀態(tài)值，正 反 轉(zhuǎn)采集 分別是上 一次的正反轉(zhuǎn)采集值 。 正反轉(zhuǎn)采集 2分別送入移位寄存器進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)， 正反轉(zhuǎn)采集 2分別是當(dāng)前的正反轉(zhuǎn)采集值。 23 圖 步進(jìn)狀態(tài) 子 VI的前面板 步進(jìn)狀態(tài)子 VI 的程序框圖為一個(gè)條件 結(jié)構(gòu)， 以前面 DAQmx 的采集值接條件構(gòu)的選擇端口，當(dāng)其值為 10 時(shí)分別進(jìn)行其相應(yīng)的算法 。 圖 采集值為 5的程序框圖 24 如圖所示，條件結(jié)構(gòu)中再嵌套有條件 結(jié)構(gòu)，當(dāng)采集值為 5 時(shí)，進(jìn)入 總條件結(jié)構(gòu)為 5 的循環(huán)程序，再對(duì)采集值 2 進(jìn)行判斷，當(dāng)采集值 2 等于 9 時(shí) （因?yàn)?9是狀態(tài)值為 5 的反轉(zhuǎn)的上 一個(gè)狀態(tài)值） ，邏輯判斷值為 1，運(yùn)行邏輯真的算法 ，正轉(zhuǎn)采集值直接送入之后的移位寄存器正轉(zhuǎn)采集 2，反轉(zhuǎn)采集加 1存入之后的移位寄存器反轉(zhuǎn)采集 2，同時(shí)反 轉(zhuǎn)狀態(tài)為 T， 電機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行 。 移入寄存器的正反轉(zhuǎn)采集 2的值等待 下 一次循環(huán)。 當(dāng) 采集值 2 不等于 9 時(shí)，即第二層的邏輯判斷為假，則運(yùn)行假的程序，進(jìn)入第三層條件 結(jié)構(gòu)，依然對(duì)采集值 2 進(jìn)行判斷，當(dāng)采集值 2 等于 6 時(shí) （因?yàn)?6是狀態(tài)值為 5 的正轉(zhuǎn)的上 一個(gè)狀態(tài)值） ， 那么 第三層條件 結(jié)構(gòu)的判斷值為真，運(yùn)行真的程序， 這時(shí)反轉(zhuǎn)采集值直接送入之后的移位寄存器反轉(zhuǎn)采集 2，正轉(zhuǎn)采集值加 1后存入之后的移位寄存器正轉(zhuǎn)采集 2，同時(shí)正轉(zhuǎn)狀態(tài)為 T， 電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行 。移入寄存器的正反轉(zhuǎn)采集 2 的值等待下一次循環(huán)，當(dāng)采集值 2不等于 6時(shí)，運(yùn)行邏輯假的程序，正反轉(zhuǎn)采集 值均 直接存入之后相應(yīng)的移位寄存器，等待下一次循環(huán)，正反轉(zhuǎn)狀態(tài)均為 F，電機(jī) 沒(méi)有 轉(zhuǎn) 動(dòng) 。 圖 采集值為 6的程序框圖 25 如上圖所示，當(dāng)采集值為 6 時(shí)，進(jìn)入總條件 結(jié)構(gòu)為 6的 操作 ，再對(duì)采集值 2進(jìn)行判斷，當(dāng)采集值 2 等于 5時(shí)，第二層條件 結(jié)構(gòu)邏輯判斷值為 1，運(yùn)行邏輯真的程序，正轉(zhuǎn)采集值 不變 直接送入之后的移位寄存器正轉(zhuǎn)采集 2，反轉(zhuǎn)采集值加1 存入之后的移位寄存器反轉(zhuǎn)采集 2，同時(shí)反轉(zhuǎn)狀態(tài)為 T， 電機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行 。移入寄存器的正反轉(zhuǎn)采集 2 的值等待下一次循環(huán)。 當(dāng) 采集值 2 不等于 5 時(shí) ， 即第二層的邏輯判斷為假，則運(yùn)行假的程序，進(jìn)入嵌套的第三層條件 結(jié)構(gòu)，依然對(duì)采集值 2進(jìn)行判斷，當(dāng)采集值 2等于 10 時(shí)，第三層條件 結(jié)構(gòu)的判斷值為真，運(yùn)行真的程序，這時(shí)反轉(zhuǎn)采集值 不變 直接送入之后的移位寄存器反轉(zhuǎn)采集 2，正轉(zhuǎn)采集值加 1后存入之后的移位寄存器正轉(zhuǎn)采集2，同時(shí)正轉(zhuǎn)狀態(tài)為 T，電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行 。移入寄存器的正反轉(zhuǎn)采集 2 的值等待下一次循環(huán)，當(dāng)采集值 2 不等于 6 時(shí)，運(yùn)行邏輯假的程序，正反轉(zhuǎn)采集值均 直接存入之后相應(yīng)的移位寄存器，等待下一次循環(huán)，正反轉(zhuǎn)狀態(tài)均為 F，電機(jī) 沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng) 。 當(dāng)采集值分別為 9 和 10 時(shí)，它們的運(yùn)行程序的原 理和前面兩個(gè)基本類(lèi)似，這里就不一一介紹了，它們的程序框圖如下所示。 26 圖 采集值為 9和 10的程序框圖 注意，前面之所以用那些值去和采集值 2 作比較，看它們是否相等，是因?yàn)樵谒鼈兏髯缘臓顟B(tài)下，用于和采集值 2作比較看是否相等的值是其正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的上 一個(gè) 狀態(tài)值，只要 滿足條件 則可以推斷出正反轉(zhuǎn)狀態(tài)。 三、 sub 子 VI 的設(shè)計(jì) 下面再來(lái)介紹一下 sub 子 VI， sub 子 VI主要是通過(guò)一定的算法完成對(duì)相應(yīng)步數(shù)的顯示，其流程圖如下： 27 圖 sub子 VI的程序流程 sub 子 VI 的前面板如下圖所示。 圖 sub子 VI的前面板 sub 子 VI 的輸入為前面步進(jìn)狀態(tài)子 VI的正轉(zhuǎn)采集和反轉(zhuǎn)采集，通過(guò)程序運(yùn)行，計(jì)算出運(yùn)行正轉(zhuǎn)步數(shù)、 運(yùn)行反轉(zhuǎn)步數(shù)、上電反轉(zhuǎn)步數(shù)、上電正轉(zhuǎn)步數(shù)和總的 28 步數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行顯示。 圖 sub子 VI的程序框圖 子 VI 由一個(gè)條件結(jié)構(gòu)構(gòu)成，選擇端口由 正轉(zhuǎn)采集和 反轉(zhuǎn)采集組成的一個(gè)邏輯與運(yùn)算賦值 ，最后輸出運(yùn)行正轉(zhuǎn)步數(shù)、運(yùn)行反轉(zhuǎn)步數(shù)、上電反轉(zhuǎn)步數(shù)、上電正轉(zhuǎn)步數(shù)和總的步數(shù)。 當(dāng)反轉(zhuǎn)采集大于等于 250 且正轉(zhuǎn)采集大于等于 51 時(shí)，上電正轉(zhuǎn)步數(shù)和上電反轉(zhuǎn)步數(shù) 不變，直接輸出； 運(yùn)行反轉(zhuǎn)步數(shù)等于反轉(zhuǎn)采集減去上電反轉(zhuǎn)步數(shù)，運(yùn)行正轉(zhuǎn)步數(shù)等于正轉(zhuǎn)采集減去上電正轉(zhuǎn)步數(shù)， 總的步數(shù)等于上電正轉(zhuǎn)步數(shù)加上運(yùn)行正轉(zhuǎn)步數(shù)減去運(yùn)行反轉(zhuǎn)步數(shù)。 當(dāng) 不滿足 反轉(zhuǎn)采集大于等于 250 且正 轉(zhuǎn)采集大于等于 51 時(shí) ， 則運(yùn)行假的程序，這時(shí) 上電正反轉(zhuǎn)步數(shù)分別等于各自的采集數(shù)，電機(jī) 運(yùn)行正反轉(zhuǎn)步數(shù)和總的步數(shù)均 置 0，重新開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。 29 結(jié) 論 本設(shè)計(jì)方案致力于步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，步進(jìn)電機(jī)在各工業(yè)領(lǐng)域中運(yùn)用得非常的廣泛， 同時(shí)要想把它運(yùn)用好也絕非易事。由于它不能單獨(dú)直接接在電源上，本文 首先介紹了 步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)，它們大致可以分為 控制模塊、接口模塊、驅(qū)動(dòng)模塊和步進(jìn)電機(jī)四個(gè)部分，在第 一章中分別對(duì)每一個(gè)部分進(jìn)行了概括性的介紹。由于本文設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)也是虛擬儀器中的一種，因此在第二章中對(duì)一般的虛擬儀器設(shè)計(jì)思路進(jìn)行了介紹。第三章中介紹了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，第四章中是軟件介紹，具體講述了算法是如何實(shí)現(xiàn)的。 本設(shè)計(jì)方案 是 通過(guò)轉(zhuǎn)速的控制來(lái)改變步進(jìn)電機(jī)的四相狀態(tài)，再實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)的采集和顯示，在控制方面還比較薄弱，有待在以后的工作中進(jìn)一步完善。 30 致 謝 在 畢業(yè) 論文完成之際，我真心 地 感謝 曾經(jīng) 在學(xué)習(xí)和生活 中 給予 我關(guān)懷和幫助的人。 首先我要衷心 地 感謝 帶我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的馮 老師， 馮老師學(xué)識(shí) 淵博 ， 治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn) ，經(jīng)驗(yàn)豐富，把課題解析得 清晰明了，為我查找資料和所做的工作指明了方向， 在我完成論文的過(guò)程中，給予了我很大的幫助。 也要感謝帶我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究生劉 師姐， 在整個(gè)課題研究過(guò)程中 ，劉師姐對(duì)我進(jìn)行了 精心 的 指導(dǎo) ，在我遇到困難時(shí)也積極地為我尋找解決問(wèn)題的辦法，為我指明解決問(wèn)題的方向，在這里我對(duì)他們 再次 表示感謝。 通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，我不僅學(xué)到了很多專(zhuān)業(yè)方面的知識(shí)，也 倍受老師和同學(xué)們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度所感染，從而學(xué)到了很多做人的道理，為我以后的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)和人生發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在今后的日子里，我不會(huì)辜負(fù)大家對(duì)我的希望，我一定會(huì)好好學(xué)習(xí)，好好工作，好好生活。同時(shí)我也會(huì)懷著一顆感恩的心，關(guān)心幫助我身邊的每一個(gè)人，回報(bào)他人，回報(bào)社會(huì)。 31 參考文獻(xiàn) [1]呂宗樞 . 電機(jī)學(xué) 高等教育出版社 2020 [2]于海寶 . 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