基于LabIEW的步进电机状态控制.doc

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1、基于LabVIEW的步进电机控制设计摘要随着电机在工业、农业等领域的广泛应用，步进电机也越来越到多地运用到众多领域。步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的机电元件，与其它类型电机相比具有易于精确控制、无累积误差等优点,它可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反转控制等.步进电动机必须和驱动控制器配合使用，而不能直接接到交直流电源上工作,步进电机的控制以数字I／O接口卡作为硬件基础，采用软件程序来实现步进电机的同步精确运动控制。这种控制方法的关键是软件程序，软件程序的好坏将决定是否能实现步进电机的控制。本设计采用PC机控制，通过PXI总

2、线与步进电机相连，PC上的操作界面采用LabVIEW编写，文中简要概述虚拟仪器技术LabVIEW软件的特点，通过运用LabVIEW图形编程语言设计步进电机的简单控制系统，介绍虚拟仪器编程的一般过程和方法。这种用LabVIEW设计的系统具有控制灵活、人机交互性强、界面友好、操作方便等特点。本系统的设计为虚拟仪器的设计寻找了一种普遍的方法。【关键词】步进电机，LabVIEW，PXI总线第1章前言步进电机又称为脉冲电动机或阶跃电动机，它是基于最基本的电磁感应作用，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。单片机控制的步进电机广泛地应用于工业自动控制、数控机床、

3、组合机床、机器人、计算机外围设备、照相机，大型望远镜，卫星天线定位系统等等。随着经济的发展，技术的进步和电子技术的发展，步进电机的应用领域更加广阔，同时也对步进电机的运行性能提出了更高的要求。传统的步进电机控制系统用PLC或单片机来控制步进电机,不仅电路复杂,控制精度不高,硬件连接后不易调整、灵活性差,不能实时地满足用户对控制系统的要求。而且编程也比较难，非专业技术人员不易掌握。因此，传统的步进电机系统具有很大的局限性，已经不能满足时代发展的需求。现在的步进电机系统多数选用LabVIEW软件对步进电机进行控制。LabVIEW（LaboratoryVirtual

4、instrumentEngineeringWorkbench）是一种图形化的编程语言的开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发。开发环境类似于C语言的开发环境。使用这种语言编程时，基本上不用写程序代码，取而代之的是流程图或框图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，有一个完成任何编程任务的通用的庞大函数库。因此LabVIEW是一个面向最终用户的工具。用户可以基于对LabVIEW软件比较熟悉的前提下根据自己的需要设计相

5、应的程序以实现相应的功能，以达到设计自己需要的仪器的目的，本系统方案拟用LabVIEW软件对步进电机进行正反转的控制，并且将数据实时显示，以取得良好的控制效果。以此了解虚拟仪器的开发过程，为以后虚拟仪器的设计打下一定的基础。第2章步进电机的系统介绍2.1步进电机的概念步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。我们可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时我们也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。在非

6、超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。图2.1电机内部结构图图2.2步进电机的外观图2.1.1步进电机的分类现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。1.反应式步进电机：一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由

7、软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。2.永磁式步进电机：一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；3.混合式步进电机：是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛，性能最好。旋转电机反应式步进电机（VariableReluctance）永磁式步进电机（PermanentMagnet）混合式步进电机（Hybrid）直线电机VR型PM型HB型2.1.2步进电机的结构及工作原理图2.3步进电机如图2.3所示，步进电机分为转子和定子两部分：1

8、.定子：由硅钢片叠成的，定子上有6大磁