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基于虛擬儀器技術(shù)的電機(jī)轉(zhuǎn)速控制
衡水科技工程學(xué)校 賀凌霄 2014/4/4 7:38:52
前言：由于電力生產(chǎn)變換經(jīng)濟(jì)，傳輸分配容易，使用控制方便，因而電力拖動(dòng)廣泛應(yīng)用于各類生產(chǎn)機(jī)械.直流電機(jī)具有寬范圍的平滑的調(diào)速性能以及良好的起動(dòng)制動(dòng)性能，所以直流調(diào)速系統(tǒng)是調(diào)速拖動(dòng)的主要形式。在研究電機(jī)及其監(jiān)測的過程中，均需要專門的分析工具，且大部分是傳統(tǒng)的測量儀器。測量精度低、計(jì)算速度慢、不能有效直觀的顯示有效信息。目前所開設(shè)的自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制等課程都涉及到直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng).我們利用LabVIEW所開發(fā)的直流電機(jī)調(diào)速測試系統(tǒng)，以計(jì)算機(jī)硬件為平臺，結(jié)合高精度數(shù)據(jù)采集卡，使得計(jì)算速度快、數(shù)據(jù)存儲量高、結(jié)果處理分析更為直觀快捷。它不僅可以成為有關(guān)電機(jī)研究方面的基本工具，而且會(huì)在電力、自動(dòng)控制等系統(tǒng)中有特殊的用處。
虛擬儀器及LabVIEW簡介：
所謂虛擬儀器，是一種與PC配合使用的模塊式儀器，其本身不帶面板，借助于PC強(qiáng)大的圖形環(huán)境和在線幫助功能，建立圖形化的“虛擬的”儀器面板，完成對儀器的控制、數(shù)據(jù)分析與顯示。用戶可以通過友好的圖形界面（虛擬前面板即Front Panel）操作PC，就象操作自己定義、自己設(shè)計(jì)的一臺傳統(tǒng)儀器一樣。其實(shí)質(zhì)是通過軟件將計(jì)算機(jī)硬件資源與儀器硬件有機(jī)的融合為一體，從而把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力和儀器硬件的測量，控制能力結(jié)合在一起，大大縮小了儀器硬件的成本和體積，并通過軟件實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示、存儲以及分析處理。
LabVIEW是由美國NI公司開發(fā)的、優(yōu)秀的圖形化編程開發(fā)平臺，是Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench 的簡稱。它可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，是一個(gè)真正的３２位編譯器。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多種版本。與傳統(tǒng)的編程語言比較，LabVIEW圖形編程方式能夠節(jié)省85％以上的程序開發(fā)時(shí)間，其運(yùn)行速度卻幾乎不受影響，體現(xiàn)出了極高的效率。版本已由原來的LabVIEW1.0發(fā)展到了現(xiàn)在的LabVIEW8.2，帶來了一系列強(qiáng)大的新特性，包括與The MathWorks, Inc. MATLAB® 軟件的兼容性等，目前已經(jīng)是一個(gè)非常完美的虛擬儀器開發(fā)平臺。
LabVIEW內(nèi)置信號采集、測量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，集開發(fā)、調(diào)試、運(yùn)行于一體，不僅提供了幾乎所有經(jīng)典的信號處理函數(shù)和大量現(xiàn)代的高級信號分析工具，而且可以非常容易的與各種數(shù)據(jù)采集硬件、以太網(wǎng)系統(tǒng)無縫集成，與各種主流的現(xiàn)場總線通信以及大多數(shù)通用數(shù)據(jù)庫鏈接�！败浖褪莾x器”反映了其虛擬儀器技術(shù)的本質(zhì)特征。它作為目前國際上應(yīng)用最廣的數(shù)據(jù)采集和控制開發(fā)環(huán)境之一，使用圖標(biāo)代替文本代碼創(chuàng)建應(yīng)用程序，在測試與測量、數(shù)據(jù)采集、儀器控制、數(shù)字信號分析、通信仿真等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。
1.設(shè)計(jì)目的：
1.1主要任務(wù)
1.1.1掌握電機(jī)調(diào)速控制電路的工作原理；
1.1.2掌握電機(jī)測速電路的工作原理；
1.1.3確定上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的控制方案；
1.1.4利用LabVIEW軟件編制上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)界面，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的測量和控制功能，實(shí)時(shí)顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速；
1.2技術(shù)要求
1.2.1實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的基本測量功能，并進(jìn)行同步動(dòng)畫顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速；
1.2.2實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速的功能；
1.2.3要求系統(tǒng)操作簡單，使用方便，滿足用戶要求；
2.設(shè)計(jì)正文：
2.1 實(shí)驗(yàn)原理：
調(diào)速控制：如圖所示，U18 的DA1 輸出一個(gè)0~5V 大小的直流電壓，經(jīng)過U3 A LM358放大一倍后得到0~10V 大小的電壓，該電壓信號再經(jīng)過U4 CA3140 和Q1 2073 進(jìn)行功率放大，電流達(dá)到75mA ,從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。
測速過程：如圖所示，電機(jī)上的風(fēng)扇安裝在光耦的發(fā)射端和接收端之間，風(fēng)扇的葉片為9片，當(dāng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，葉片阻擋光耦發(fā)射出的光信號，在光耦接收端得到一段連續(xù)的脈沖波形，該脈沖波形經(jīng)過U5A 74HC14 進(jìn)行整形后，得到一形狀規(guī)則的脈沖波形。整形后的脈沖波形輸出至U18 的8254計(jì)數(shù)器的CLK0 端，進(jìn)行記數(shù)顯示。
2.2 儀器組成：
本測試系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。硬件系統(tǒng)包括常用的PC機(jī)和數(shù)據(jù)采集設(shè)備；軟件系統(tǒng)就是在LabVIEW8.20的G語言環(huán)境下開發(fā)的儀器程序包。
2.3 實(shí)驗(yàn)步驟:
1.接線：將實(shí)驗(yàn)板的數(shù)字口XS2和模擬口XS1與采集卡上對應(yīng)數(shù)字口XS2和模擬口XS1連接。
2.調(diào)試與結(jié)果：用labVIEW 軟件改變DA1端的輸出電壓大小，改變電（未完，下一頁）
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