【導讀】步進電機是一種將電脈沖信號轉換為角位移的機電元件，與其它類。I／O接口卡作為硬件基礎，采用軟件程序來實現(xiàn)步進電機的同步精確運動控制。這種用LabVIEW設計的系統(tǒng)具有控制靈活、人機交互性強、界面友。好、操作方便等特點。本系統(tǒng)的設計為虛擬儀器的設計尋找了一種普遍的方法。

　　

【正文】 機 ，圖中左邊 的方框為曲軸轉速 和進氣管壓力 ， 用于共同控制 模擬信號的輸入和輸出 。中間 兩個圓形的圖標 為電機正反轉的顯示。下面是程序 終止按鈕，點擊則系統(tǒng)停止運行的程序。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 PXI7833 和 PXI6723 板卡 和相應的框圖程序共同 對 模擬信號進行輸入和輸出 。由于框圖中 PXI7833R VI 和汽車進氣管 壓力控制部分是在實驗室中選用的 由中國汽車研究所提供 的研究汽車發(fā)動機的函數(shù)模塊，比較復雜，這里不做詳細介紹，主要功能是改變步進電機的四相狀態(tài)。再通過 PCI6514采集數(shù)據(jù)接入 DAQmx 函數(shù) ， 創(chuàng)建 一個 虛擬通道 ， 選用端口 1,25線，然后 開始任務，進行一個大的 while 循環(huán)， 進入 DAQmx 讀函數(shù)， 顯示四相狀態(tài) ， 將布爾數(shù)組的采集值轉換為數(shù)值 進行 步進狀態(tài)子 VI 的操作 ，并送至移位寄存器 。具體的工作由兩個子 VI 完成 （后面會有相應介紹） ，程序 1毫秒運行一次， 只有數(shù)據(jù)通道采集 數(shù)據(jù)進行 讀操作 出錯 時 或點擊程序終止按鈕時才停止程 序 ， while 循環(huán)外面的 DAQmx 函數(shù)是對任務進行清除，如果出現(xiàn)錯誤，則 顯示含有警告和 需要 確定按鈕的對話框 。 22 二、步進狀態(tài)程序的設計 在步進狀態(tài)子 VI 中由 DAQmx 讀函數(shù)將采集值輸入，由于選用的步進電機是四相 ， 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 步進電機的四相狀態(tài) 由兩個 0、 1和 0組合起來就 只有 10四種情況。 且運行正轉的狀態(tài)值順序為 9— 10— 6— 5 因此設計程序如下。 下面以采集值為 5 的為例，設計的程序流程圖如下所示，其它采集值的方法類似。 圖 采集值為 5的操作流程 步進狀態(tài)子 VI 的前面板如下 ： 采集值、采集值 正轉采集和反轉采集分別由前面輸入， 采集值 是當前的步進狀態(tài)值， 采集值 2 是上 一次的步進狀態(tài)值，正 反 轉采集 分別是上 一次的正反轉采集值 。 正反轉采集 2分別送入移位寄存器進入下一個循環(huán)， 正反轉采集 2分別是當前的正反轉采集值。 23 圖 步進狀態(tài) 子 VI的前面板 步進狀態(tài)子 VI 的程序框圖為一個條件 結構， 以前面 DAQmx 的采集值接條件構的選擇端口，當其值為 10 時分別進行其相應的算法 。 圖 采集值為 5的程序框圖 24 如圖所示，條件結構中再嵌套有條件 結構，當采集值為 5 時，進入 總條件結構為 5 的循環(huán)程序，再對采集值 2 進行判斷，當采集值 2 等于 9 時 （因為 9是狀態(tài)值為 5 的反轉的上 一個狀態(tài)值） ，邏輯判斷值為 1，運行邏輯真的算法 ，正轉采集值直接送入之后的移位寄存器正轉采集 2，反轉采集加 1存入之后的移位寄存器反轉采集 2，同時反 轉狀態(tài)為 T， 電機反轉運行 。 移入寄存器的正反轉采集 2的值等待 下 一次循環(huán)。 當 采集值 2 不等于 9 時，即第二層的邏輯判斷為假，則運行假的程序，進入第三層條件 結構，依然對采集值 2 進行判斷，當采集值 2 等于 6 時 （因為 6是狀態(tài)值為 5 的正轉的上 一個狀態(tài)值） ， 那么 第三層條件 結構的判斷值為真，運行真的程序， 這時反轉采集值直接送入之后的移位寄存器反轉采集 2，正轉采集值加 1后存入之后的移位寄存器正轉采集 2，同時正轉狀態(tài)為 T， 電機正轉運行 。移入寄存器的正反轉采集 2 的值等待下一次循環(huán)，當采集值 2不等于 6時，運行邏輯假的程序，正反轉采集 值均 直接存入之后相應的移位寄存器，等待下一次循環(huán)，正反轉狀態(tài)均為 F，電機 沒有 轉 動 。 圖 采集值為 6的程序框圖 25 如上圖所示，當采集值為 6 時，進入總條件 結構為 6的 操作 ，再對采集值 2進行判斷，當采集值 2 等于 5時，第二層條件 結構邏輯判斷值為 1，運行邏輯真的程序，正轉采集值 不變 直接送入之后的移位寄存器正轉采集 2，反轉采集值加1 存入之后的移位寄存器反轉采集 2，同時反轉狀態(tài)為 T， 電機反轉運行 。移入寄存器的正反轉采集 2 的值等待下一次循環(huán)。 當 采集值 2 不等于 5 時 ， 即第二層的邏輯判斷為假，則運行假的程序，進入嵌套的第三層條件 結構，依然對采集值 2進行判斷，當采集值 2等于 10 時，第三層條件 結構的判斷值為真，運行真的程序，這時反轉采集值 不變 直接送入之后的移位寄存器反轉采集 2，正轉采集值加 1后存入之后的移位寄存器正轉采集2，同時正轉狀態(tài)為 T，電機正轉運行 。移入寄存器的正反轉采集 2 的值等待下一次循環(huán)，當采集值 2 不等于 6 時，運行邏輯假的程序，正反轉采集值均 直接存入之后相應的移位寄存器，等待下一次循環(huán)，正反轉狀態(tài)均為 F，電機 沒有轉動 。 當采集值分別為 9 和 10 時，它們的運行程序的原 理和前面兩個基本類似，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，是因為在它們各自的狀態(tài)下，用于和采集值 2作比較看是否相等的值是其正轉或反轉的上 一個 狀態(tài)值，只要 滿足條件 則可以推斷出正反轉狀態(tài)。 三、 sub 子 VI 的設計 下面再來介紹一下 sub 子 VI， sub 子 VI主要是通過一定的算法完成對相應步數(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 的輸入為前面步進狀態(tài)子 VI的正轉采集和反轉采集，通過程序運行，計算出運行正轉步數(shù)、 運行反轉步數(shù)、上電反轉步數(shù)、上電正轉步數(shù)和總的 28 步數(shù)，并對其進行顯示。 圖 sub子 VI的程序框圖 子 VI 由一個條件結構構成，選擇端口由 正轉采集和 反轉采集組成的一個邏輯與運算賦值 ，最后輸出運行正轉步數(shù)、運行反轉步數(shù)、上電反轉步數(shù)、上電正轉步數(shù)和總的步數(shù)。 當反轉采集大于等于 250 且正轉采集大于等于 51 時，上電正轉步數(shù)和上電反轉步數(shù) 不變，直接輸出； 運行反轉步數(shù)等于反轉采集減去上電反轉步數(shù)，運行正轉步數(shù)等于正轉采集減去上電正轉步數(shù)， 總的步數(shù)等于上電正轉步數(shù)加上運行正轉步數(shù)減去運行反轉步數(shù)。 當 不滿足 反轉采集大于等于 250 且正 轉采集大于等于 51 時 ， 則運行假的程序，這時 上電正反轉步數(shù)分別等于各自的采集數(shù)，電機 運行正反轉步數(shù)和總的步數(shù)均 置 0，重新開始運轉。 29 結 論 本設計方案致力于步進電機系統(tǒng)的設計，步進電機在各工業(yè)領域中運用得非常的廣泛， 同時要想把它運用好也絕非易事。由于它不能單獨直接接在電源上，本文 首先介紹了 步進電機的系統(tǒng)，它們大致可以分為 控制模塊、接口模塊、驅動模塊和步進電機四個部分，在第 一章中分別對每一個部分進行了概括性的介紹。由于本文設計的步進電機系統(tǒng)也是虛擬儀器中的一種，因此在第二章中對一般的虛擬儀器設計思路進行了介紹。第三章中介紹了系統(tǒng)的硬件結構，第四章中是軟件介紹，具體講述了算法是如何實現(xiàn)的。 本設計方案 是 通過轉速的控制來改變步進電機的四相狀態(tài)，再實現(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 在學習和生活 中 給予 我關懷和幫助的人。 首先我要衷心 地 感謝 帶我做畢業(yè)設計的馮 老師， 馮老師學識 淵博 ， 治學嚴謹 ，經驗豐富，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， 在我完成論文的過程中，給予了我很大的幫助。 也要感謝帶我做畢業(yè)設計的研究生劉 師姐， 在整個課題研究過程中 ，劉師姐對我進行了 精心 的 指導 ，在我遇到困難時也積極地為我尋找解決問題的辦法，為我指明解決問題的方向，在這里我對他們 再次 表示感謝。 通過畢業(yè)設計，我不僅學到了很多專業(yè)方面的知識，也 倍受老師和同學們嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度所感染，從而學到了很多做人的道理，為我以后的專業(yè)學習和人生發(fā)展奠定了堅實的基礎。在今后的日子里，我不會辜負大家對我的希望，我一定會好好學習，好好工作，好好生活。同時我也會懷著一顆感恩的心，關心幫助我身邊的每一個人，回報他人，回報社會。 31 參考文獻 [1]呂宗樞 . 電機學 高等教育出版社 2020 [2]于海寶 . LabVIEW 虛擬儀器設計與應用 西南交大出版社 2020 [3]肖珍芳 , 李浩鋒 , 康 東 . LabVIEW 構建 位移測試系統(tǒng) 成都理工大學應用核技術與自動化工程學院 2020 [4]毛計慶 , 云乃彰 , 孟 軼 , 曲寧松 . LabVIEW —— 快速構建步進電機控制系統(tǒng)的利器 南京航空航天大學 2020 3 6 [5]趙健玲 . 關于對步進電機基本原理的探討 新疆呼圖壁縣雀爾溝鎮(zhèn)新疆神華天電礦業(yè)有限公司 2020 [6]謝三毛 . 基于 LabVIEW 的直流電機轉速 PID 控制系統(tǒng)設計 華東交通大學機電工程學院 2020 [7]趙慶利 , 田 敬 . 步進電機一體化控制系統(tǒng)的設計 哈爾濱國際會展體育中心 2020 [8]劉光軍 . 基于 LabVIEW 的感應電機轉速轉矩測量系統(tǒng) 華中科技大學 2020 [9]張偉剛 . 基于 LabVIEW 的轉子自動平衡技術 上海交通大學 2020 [10]王玉偉 . 基于 LabVIEW 的測試軟件設計 中北大學 2020 [11]孫宏剛 . 兩相混合式步進電機細分驅動控制器的研究 華中科技大學 2020 [12]趙君 . 基于虛擬儀器的切割機控制系統(tǒng)的研究 河北工業(yè)大學 2020 [13]彭景春 . 多步進電機的同步精確運動控制研究 哈爾濱理工大 學 2020 [14]陳志聰 . 步進電機驅動控制技術及其應用設計研究 廈門大學 2020