摘 要：步進(jìn)電機(jī)在開環(huán)控制系統(tǒng)中作為控制用電機(jī)和驅(qū)動(dòng)用電機(jī)得到廣泛使用，為防止失步和過沖，使用步進(jìn)電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)必須有升降速過程。本文在分析比較幾種常用的升降速控制曲線基礎(chǔ)上，利用LabVIEW通過PCI-1780卡實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)升降速的軟件控制。 關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī),自動(dòng)升降速,LabVIEW,軟件控制 一、前言 　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件，在辦公室自動(dòng)化（OA）、工廠自動(dòng)化（FA）和計(jì)算機(jī)外部設(shè)備等領(lǐng)域作為控制用電機(jī)和驅(qū)動(dòng)用電機(jī)得到廣泛使用。在各類高校機(jī)電、數(shù)控、自動(dòng)化等專業(yè)的教學(xué)中，步進(jìn)電機(jī)是學(xué)生必須掌握的內(nèi)容。 　　使用步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng)必須在高速運(yùn)行前有一個(gè)逐漸升速的過程，否則步進(jìn)電機(jī)將會(huì)失步，臨到終點(diǎn)前必須有一個(gè)減速過程，否則會(huì)造成過沖，使定位不準(zhǔn)，這種升降速必須在短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)完成。若用硬件方法實(shí)現(xiàn)，將增加硬件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性從而增加系統(tǒng)故障的出現(xiàn)次數(shù);用軟件實(shí)現(xiàn)將增加計(jì)算機(jī)硬件實(shí)時(shí)計(jì)算工作量，有可能影響速度的提高，但隨著計(jì)算機(jī)硬件性能的提高，CPU的更快的運(yùn)算速度為自動(dòng)升降速的軟件實(shí)現(xiàn)提供了硬件保障。而LabVIEW（Laboratory of virtual instruments engineering workbench）是美國(guó)NI公司利用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)的32位、面向計(jì)算機(jī)測(cè)控領(lǐng)域的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)[1，2]。該軟件具有十分強(qiáng)大的功能,包括數(shù)值函數(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理、輸入/輸出控制、信號(hào)生成、圖像的獲取、處理和傳輸?shù)?提供了編寫儀器測(cè)試程序與建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。采用旋鈕、開關(guān)、波形圖等構(gòu)造用戶界面,人機(jī)交互界面友好。利用LabVIEW編程可以擺脫繁瑣的底層命令,直接選用相關(guān)圖標(biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連線即可,容易實(shí)現(xiàn)程序的控制。 二、常用的步進(jìn)電機(jī)自動(dòng)升降速控制曲線 　　常用的控制曲線有以下幾種 　　1.速度時(shí)間曲線是梯形的運(yùn)動(dòng)（圖1） 　　電機(jī)做梯形運(yùn)動(dòng)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)過程是首先以一定的加速度加速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)速度達(dá)到指定的速度時(shí)，開始勻速運(yùn)動(dòng)。減速時(shí)，以一定的加速度減速運(yùn)動(dòng)到指定的速度后勻速運(yùn)動(dòng)或停下來。這種升降速控制方法計(jì)算簡(jiǎn)單，節(jié)省機(jī)時(shí)，但因?yàn)榧铀佟蛩俸蜏p速過程不能光滑過渡，即加速度對(duì)時(shí)間的函數(shù)a（t）=dv（t）/dt不是連續(xù)函數(shù)，而存在階躍現(xiàn)象。這將影響電機(jī)和機(jī)械系統(tǒng)的使用壽命，所以適用于控制系統(tǒng)處理速度較慢且對(duì)升降速過程要求不高的場(chǎng)合。 [align=center] 圖1 梯形v-t曲線[/align] 　　2.速度時(shí)間曲線是S型的運(yùn)動(dòng)（圖2） [align=center] 圖2 S型v-t曲線[/align] 　　圖2中M-B為加加速運(yùn)動(dòng)階段，B-C為加速運(yùn)動(dòng)階段，C-D為減加速運(yùn)動(dòng)階段，D-E為勻速運(yùn)動(dòng)階段，減速時(shí)情況類似，E-F為加減速運(yùn)動(dòng)階段，F(xiàn)-S為減速運(yùn)動(dòng)階段，S-H為減減速運(yùn)動(dòng)階段。速度是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)，從啟動(dòng)到加速過程的光滑過渡以及到勻速運(yùn)動(dòng)的過渡使電機(jī)和機(jī)械系統(tǒng)的使用壽命提高，但計(jì)算量大，適用于控制系統(tǒng)處理速度較快且對(duì)升降速過程要求較高的場(chǎng)合。 　　3.速度時(shí)間曲線是直線加拋物線型的運(yùn)動(dòng)（圖3） [align=center] 圖3 直線加拋物線型v-t曲線[/align] 　　在對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制中，工程上一般認(rèn)為步進(jìn)電機(jī)無需經(jīng)過加速就直接階躍到啟動(dòng)頻率所對(duì)應(yīng)的速度，也可在啟動(dòng)頻率所對(duì)應(yīng)的速度直接停止[3]。因此上述直線加拋物線運(yùn)動(dòng)規(guī)律就演變?yōu)閽佄锞€運(yùn)動(dòng)規(guī)律，由于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是其速度的減函數(shù)，在高速狀態(tài)下，易于產(chǎn)生振蕩，而使用拋物線型曲線的控制方法可提高步進(jìn)電機(jī)的允許上限速度，而且可以保證系統(tǒng)盡快由啟動(dòng)狀態(tài)上升到高頻運(yùn)行狀態(tài)，或盡快由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)停止。所以這里我們通過編程實(shí)現(xiàn)近似拋物線運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 三、LabVIEW軟件控制的實(shí)現(xiàn) 　　根據(jù)步進(jìn)電機(jī)控制電壓的特點(diǎn)，我們選用了PCI-1780卡，這是一款基于PCI總線的8路定時(shí)/計(jì)數(shù)卡，使用了AM9513芯片，提供8個(gè)16位計(jì)數(shù)器通道，8路數(shù)字量TTL輸出和8路數(shù)字量TTL輸入， 它的應(yīng)用包括：事件計(jì)數(shù)、觸發(fā)式輸出、可編程頻率輸出、頻率測(cè)量、脈寬測(cè)量、PWM輸出、產(chǎn)生周期性中斷和延時(shí)功能等。 　　我們利用PCI-1780輸出所用脈沖，通過改變脈沖的輸出頻率來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速;通過控制輸出脈沖數(shù)量的方法控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度;利用數(shù)字輸出功能控制其方向;利用軟件編程的強(qiáng)大功能實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)加減速控制。流程如圖4，步進(jìn)電機(jī)控制的前面板如圖5所示： [align=center] 圖4 自動(dòng)升降速控制流程圖[/align] [align=center] 圖5 步進(jìn)電機(jī)控制前面板[/align] 四、小結(jié) 　　基于圖形化的編程語言，基于數(shù)據(jù)流的運(yùn)行方式為我們開辟了步進(jìn)電機(jī)控制的新領(lǐng)域。本文作者創(chuàng)新有以下幾點(diǎn)： 　　1、采用旋鈕、開關(guān)等構(gòu)造用戶界面,人機(jī)交互界面友好。 　　2、將步進(jìn)電機(jī)升降速的控制不但自動(dòng)化，而且充分利用LabVIEW的優(yōu)勢(shì)將控制量和顯示量實(shí)時(shí)顯示出來。 　　3、利用計(jì)算機(jī)快速的運(yùn)算速度實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)升降速的控制，減少了硬件的配置，使整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)化。 　　實(shí)踐證明這種控制方式可以加深對(duì)步進(jìn)電機(jī)及其控制的理解和掌握。 參考文獻(xiàn) 　　[1]雷振山 《LabVIEW 7 Express 實(shí)用技術(shù)教程》中國(guó)鐵道出版社 北京 2004，p218 　　[2]張毅，周紹磊，楊秀霞,《虛擬儀器技術(shù)分析與應(yīng)用》, 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2004.2，p83-120 　　[3] 楊　林,方宇棟,LabVIEW控制步進(jìn)電機(jī)，微計(jì)算機(jī)信息，2004年第二期