【正文】 ncydoubling?Phase Locked Loops? Schmitt Trigger?目 錄 中文摘要英文摘要第一章 緒 論 1 1 1 1第二章 轉(zhuǎn)速測控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 3 3 3 4 5 軟件系統(tǒng) 6第三章 轉(zhuǎn)速測控原理 9 轉(zhuǎn)速測量方法 9 16第四章 轉(zhuǎn)子實驗臺虛擬儀器開發(fā) 16 虛擬儀器概述 16 虛擬儀器的概念 17 虛擬儀器的基本結(jié)構(gòu)和類型 17 虛擬儀器的演變與發(fā)展 18 轉(zhuǎn)速測量和控制虛擬儀器的設(shè)計 19第五章 小結(jié) 22參考文獻 23致謝..... 25第一章 緒 論 電機轉(zhuǎn)速測量發(fā)展現(xiàn)狀及前景 目前國內(nèi)外測量電機轉(zhuǎn)速的方法很多，按照不同的理論方法，先后產(chǎn)生過模擬測速法（如離心式轉(zhuǎn)速表，用電機轉(zhuǎn)鉅或者電機電動勢計算所有得），同步測速法（如機械式或閃光式頻閃測速儀）以及計數(shù)測速法。 傳統(tǒng)的電機轉(zhuǎn)速檢測多采用測速發(fā)電機或光電數(shù)字脈沖編碼器，也有蠶蛹電磁式（利用電磁感應(yīng)原理或可變磁阻的霍爾元件等），電容式（對高頻振蕩進行幅值調(diào)制或頻率調(diào)制）等，還有一些特殊的測速器是利用置于旋轉(zhuǎn)體內(nèi)的放射性材料來發(fā)生脈沖信號，其中應(yīng)用最廣的是光電式，光電式測速系統(tǒng)具有低慣性，低噪聲，高分辨率和高精度的優(yōu)點。而采用光電傳感器的電機轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)測量準(zhǔn)確度高，采樣速度快，測量范圍寬和測量精度與被測轉(zhuǎn)速無關(guān)等優(yōu)點，具有廣闊的應(yīng)用前景。它的測量精度將直接影響電動機其它有關(guān)參數(shù)和特性的測試，以及故障檢測與診斷的準(zhǔn)確性；在速度閉環(huán)控制系統(tǒng)中，測速裝置屬于反饋環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速檢測的快速性和精度將直接影響系統(tǒng)的控制效果和動靜態(tài)性能，因此轉(zhuǎn)速的高精度測試具有重要的意義。 本論文要設(shè)計 一個用光電轉(zhuǎn)換方式來測量電動機的轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，并做出相應(yīng)的仿真分析，測速對象為一臺額定電壓為5V的直流電動機，基本要求是電機轉(zhuǎn)速范圍為600~6000r/min,測量的相對誤差不大于1%，且用4位七段數(shù)碼管顯示相應(yīng)的電動機轉(zhuǎn)速。它涉及到光電轉(zhuǎn)換，整形，倍頻，計數(shù)，譯碼。以及計數(shù)顯示之間的時序關(guān)系的控制等多種電路。硬件平臺包括多功能轉(zhuǎn)子實驗臺、PWM電機轉(zhuǎn)速控制器、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)；軟件系統(tǒng)主要包括試驗測控軟件硬件系統(tǒng)主要由以下各部分組成：多功能轉(zhuǎn)子實驗臺、電機轉(zhuǎn)速控制器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)。轉(zhuǎn)子試驗臺是本系統(tǒng)的測控對象。圖21 轉(zhuǎn)子試驗臺轉(zhuǎn)子采用整體圓柱軸承支承，潤滑油潤滑。另外還有傳感器支架，用于安裝電渦流傳感器，對不同位置的軸心位移進行測量。其結(jié)構(gòu)組成主要有：1) 直流電機（0至10000轉(zhuǎn)/分）。3) 含油軸承支座4個。5） 兩種類型的圓盤各1個，可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動不平衡。本系統(tǒng)采用光電傳感器來測量電機的轉(zhuǎn)速。光電轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)見圖22。開孔圓盤的輸入軸與被測軸相連接，光源發(fā)出的光，通過開孔圓盤和縫隙板照射到光敏元件上被光敏元件所接收，將光信號轉(zhuǎn)為電信號輸出。圖22 光電轉(zhuǎn)速傳感器2）.磁電感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器原理：對一個匝數(shù)為N的線圈，當(dāng)穿過它的磁通量 發(fā)生變化時，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢磁通 的變化可通過多種方法來實現(xiàn)，如磁鐵與線圈之間作切割磁力線運動、磁路中磁阻變化、恒定磁場中線圈面積變化等，因此可制造出不同類型的傳感器，用于測量速度、扭矩等物理量。如圖221：圖221磁電感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器感應(yīng)電動勢變化的頻率f 與齒輪轉(zhuǎn)速n成正比。f=Zn/60 n=605/Zn被測軸的轉(zhuǎn)速r/minf感應(yīng)電動勢的頻率HZZ齒輪的齒數(shù) 直流電機轉(zhuǎn)速控制器轉(zhuǎn)子實驗臺配置的是直流電機，電機轉(zhuǎn)速由電樞電壓決定，用微機實現(xiàn)直流電機調(diào)速十分方便。脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動裝置是利用大功率電力電子元件的開關(guān)特性來調(diào)制固定電壓的直流電源，按一個固定的頻率接通和斷開，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短，通過改變直流電動機電樞上電壓的“占空比”來改變電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速。Labview作為優(yōu)秀G語言的代表，提供了儀器化的編程環(huán)境和良好的網(wǎng)絡(luò)接口，使編程工作大大簡便，并可方便的由單機版程序升級為網(wǎng)絡(luò)程序?，F(xiàn)場測控軟件運行于試驗服務(wù)器端，遠程用戶通過網(wǎng)絡(luò)來控制本地測控系統(tǒng)的運行。它提供了一種全新的程序編寫方法，即對稱之為“虛擬儀器”（Virtual Instruments, VIs）的軟件對象進行圖形化的組合操作，能夠?qū)⒎爆崗?fù)雜的語言編程簡化成為以菜單提示方式選擇功能，并且用線條將各種功能連接起來，這樣開發(fā)人員就不再需要使用復(fù)雜的傳統(tǒng)開發(fā)環(huán)境即可享用強大的編程語言帶來的靈活性，在同一環(huán)境下就可以使用廣泛的采集、分析和顯示功能。LabVIEW集成了滿足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)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)，這是一個功能強大且靈活的測控軟件，利用它可以方便的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有趣。在程序前面板上，輸入量被稱為控制（Controls），輸出量被稱為顯示（Indicators）。每一個程序前面板都對應(yīng)著一段框圖程序?？驁D程序由端口、節(jié)點、圖框和連線構(gòu)成。圖標(biāo)/連接器是子VI被其它VI調(diào)用的接口。用戶必須指定連接器端口與前面板的控制和顯示一一對應(yīng)。在LabVIEW 中，可以利用旋鈕、開關(guān)、轉(zhuǎn)盤、圖表等控制件和顯示件建立用戶界面，即前面板，用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的控制面板。在完成用戶界面的創(chuàng)建后，通過VI 和結(jié)構(gòu)添加代碼來控制前面板上的對象。利用LabVIEW，可以和諸如數(shù)據(jù)采集設(shè)備、圖像設(shè)備、運動控制設(shè)備等硬件進行通信，也可以和GPIB、PXI、VXI、RS23RS485 儀器通信。u 提供了傳統(tǒng)的程序調(diào)試手段，如設(shè)置斷點、單步執(zhí)行，同時提供有讀到的高亮度執(zhí)行工具，使程序動畫式執(zhí)行，利于觀察程序運行的細節(jié)，使程序的調(diào)試和開發(fā)更為便捷。u 從底層VXI儀器、數(shù)據(jù)采集板到總線接口硬件和GPIB的驅(qū)動程序，囊括了DAQ、GPIB、PXI、VXI、RS232/485在內(nèi)的各種儀器通信總線標(biāo)準(zhǔn)的所有功能函數(shù)，使得不懂總線標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)者也能夠驅(qū)動不同總線標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)備和儀器。u 支持動態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)和TCP/IP等強大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持常用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，方便聯(lián)絡(luò)、遠程測控儀器的開發(fā)。而另一些問題除了要求能精確地測量轉(zhuǎn)速外，還要保證測量的實時性，要求能測量瞬時轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速的測量方法可分為模擬式和數(shù)字式兩種，模擬式采用測速發(fā)電機為檢測元件，得到的信號是電壓量，而數(shù)字式通常采用光電編碼器、圓光柵等作為檢測元件[20]，得到脈沖信號。其方法共有三種計數(shù)法、計時法和計數(shù)計時法。1）計數(shù)法：計數(shù)法是在設(shè)定的定時時間t內(nèi)讀取盤脈沖數(shù)m。個盤脈沖，當(dāng)t較小，尤其是作瞬時轉(zhuǎn)速測量時，這個177。因此計數(shù)法適合高速場合。1個時鐘脈沖，是非常小的。1） 同步計時計數(shù)法這種方法的特點是不固定定時時間t，主要是設(shè)法使m和t同步，從整數(shù)個盤脈沖開始計時，同樣與整數(shù)個盤脈沖結(jié)束，記錄的是整數(shù)個盤脈沖。 圖33 同步計時計數(shù)法PA控制各計時器的關(guān)閉，在t時間內(nèi)，實際計數(shù)時間t1開始于t上升后第一個盤脈沖的上升沿，終止于t 下降第一個盤脈沖的上升沿，因而得到整數(shù)個盤脈沖，消除了177。由于本系統(tǒng)電機轉(zhuǎn)速最高能達到10000轉(zhuǎn)/分鐘，速度很高，所以本系統(tǒng)采用了計數(shù)法測速。這種控制主要包括兩個方面:試驗臺電機轉(zhuǎn)速的控制1）脈寬調(diào)制技術(shù)用微機來實現(xiàn)直流電機的調(diào)速十分方便，目前常用的方法是利用PWM（脈沖寬度調(diào)制技術(shù)），PWM廣泛應(yīng)用在從測量、通信、功率控制與變換等許多領(lǐng)域。下圖34所示電壓幅度為5V的脈沖，當(dāng)脈沖占空比是50﹪時， ﹪時。2）直流電機控制過程 直流電機控制系統(tǒng)一般由五大部分組成，原理圖如下所示35：脈沖寬度發(fā)生起起器隔離及電平轉(zhuǎn)換速度設(shè)定驅(qū)動器電動機圖3－5 直流電機控制原理a)速度