基于虚拟仪器的电机转速闭环控制系统

基于虚拟仪器的电机转速闭环控制系统

摘要

在电机控制系统设计中，传统的方法是用逻辑电路或单片机实现电机控制，这种控制方法为人们提供了不少的帮助。虽然此方法可行，但是由于线路复杂、制成后不易调整且编程语言比较复杂，因此存在一定的局限性。

基于这个思想，本系统采用美国NI公司的LabVIEW图形化编程语言，构建了对交流电机转速进行在线实时测量与控制的系统。LabVIEW是美国NI公司基于虚拟仪器技术的面向多领域的G语言开发平台，它是通过编制不同的测试软件来构成任何一种仪器。采用虚拟仪器，有以下几个优点：①突破了传统仪器在数据处理、显示、存储等方面的限制；②利用计算机丰富的软件资源，实现了部分仪器硬件的软件化，节省了物质资源，增加了系统灵活性；③通过软件技术和相应数值算法，实时、直接地对测试数据进行各种分析与处理，通过用户界面技术，真正做到界面友好、人机交互。而且其编程简单、图形显示功能强大，并且具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点，现已被广泛应用于自动化过程控制、仪器设计和数据采集等领域。

关键词：Labview，数据采集，电机控制，算法设计

ON THE OVERRALL DESIGN OF THREE PURE WATER

HYDRAULIC VALVE

ABSTRACT

In motor control system design, the traditional method is used logic circuits or MCU motor control, this control method has provided a lot of help.Although this method is feasible, However, as the line complex, not easily made adjustments with more complex programming languages, there are certain limitations.

Based on this thinking, the system used by the U.S. NI LabVIEW graphical programming language, construction of the AC motor speed online real-time measurement and control systems. NI LabVIEW is the United States-based company Virtual Instrument technology-oriented fields of G-language development platform ,it is through the establishment of different tests pose any software to a device. Using virtual instrument, the following advantages : ① breakthrough of the traditional equipment in data processing, display, storage, etc. the restrictions; ② using computer software abundant resources to achieve some of the hardware equipment software, saving the material resources, increase the flexibility of the system; ③ through software technologies and the

corresponding numerical algorithms, real-time, directly to the various test data analysis and processing, user interface technology, really friendly interface and human-computer interaction. Programming and its simple, powerful graphics, and is an open, modular, reusable and interchangeable characteristics, have been widely used in process control automation, equipment design and data acquisition, and other fields.

KEYWARDS：labview，data acquisition，motor control, algorithm design

II

目录

摘要(中文)??????????????????????????????Ⅰ 摘要(外文)???????????????????????????????Ⅱ 1绪论??????????????????????????????????1 1.1课题研究意义????????????????????????????1 1.2课题研究现状及特点??????????????????????1 1.2.1 研究现状???????????????????????????1 1.2.2 系统特点???????????????????????????2 2系统硬件设计??????????????????????????????3 2.1硬件组成??????????????????????????????3 2.2 系统工作原理????????????????????????????3 2 .3 硬件介绍????????????????????????????? 3 2.3.1电源模块????????????????????????????3 2.3.2 三菱FX1N-60MR可变程序控制器????????????????4 2.3.3 FR-S500变频器????????????????????????4 2.3.4 YVF系列三相异步电机?????????????????????5 2.3.5旋转编码器??????????????????????????5 2.3.6 数据采集卡和接线盒??????????????????????6 2.4 硬件接线图?????????????????????????????8 3系统软件介绍??????????????????????????????9 3.1 串口通讯知识???????????????????????????9 3.1.1 串行通讯基本概念??????????????????????? 9 3.1.2 RS232串行通信?????????????????????????9 3.1.3 RS485串行通信???????????????????????? 10 3.2 三菱FX系列PLC??????????????????????????11 3.2.1 通讯模式???????????????????????????11 3.2.2 通讯协议???????????????????????????11 3.3 虚拟仪器简介??????????????????????????13 3.3.1 虚拟仪器内部功能???????????????????????14 3.3.2 虚拟仪器系统框图???????????????????????14 3.3.3 控制系统结构????????????????????????? 15 3.4 labview概述????????????????????????????15 3.4.1 labview8.0简介????????????????????????17

i

3.4.2 VISA介绍???????????????????????????19 3.4.3 DAQ简介????????????????????????????20 3.4.4 在WEB上发布labview程序????????????????????20 4系统软件设计??????????????????????????????24 4.1 软件开发流程图??????????????????????????24 4.2 PLC程序设计????????????????????????????24 4.3 基于labview8.0的软件设计?????????????????????25 4.3.1 读取数据命令字符串设计????????????????????25 4.3.2 读取PLC中数据程序设计?????????????????????27 4.3.3 启动变频器程序设计??????????????????????28 4.3.4 停止变频器程序设计?????????????????????? 29 4.3.5 电机速度计算????????????????????????? 29 4.3.6 小数点定位设计???????????????????????? 30 4.3.7 电压信号输出程序设计????????????????????? 30 4.3.8 算法程序设计????????????????????????? 30 4.3.9 保存数据程序设计??????????????????????? 31 4.4 程序的前面板???????????????????????????32 4.5 程序的后面板???????????????????????????33 5运行结果分析??????????????????????????????34 总结???????????????????????????????35 参考文献???????????????????????????????36 致谢???????????????????????????????37

ii

1 绪论

1.1课题研究意义

在现代自动控制等诸多领域 ,机器人控制、模拟人行为的仿真实验、虚拟现实技术中需要控制电机 ,使电机的转速按预期转速变化。基于传统开发平台的电动机转速自动控制系统，往往面临开发周期长，成本高，兼容性和扩展性弱的不足，从而也阻碍了电动机自动话系统的广泛应用。LabV IEW 是美国 NI(National Instrument)公司的软件产品 ,是虚拟仪器编程语言的典型代表。LabVIEW 编程高效、灵活、面向对象 ,其强大的图形编程能力及可视化编程环境得到很多软件开发人员的青睐。用 LabVIEW开发的虚拟仪器有着传统的测控方法不可比拟的优势，将虚拟仪器技术应用于电动机转速控制领域，充分发挥虚拟仪器技术开发效率高、灵活性、兼容性强和网络通信的特点， 设计与实现电动机的转速现场和在线监控，是为实现机电控制提供直接的调控数据。以Labview8.0软件为开发平台，进行实时监控电机转速，实现自动化控制，显然具有一定的现实意义。 1.2 课题研究现状及特点 1.2.1 研究现状

随着科技的发展，电动机已经成为了我们日常生活和工业生产中必不可少的重要元素，广泛应用于汽车、铁路、造船、建筑、工程和化工等众多工业。

电机的发展史可以追溯到19世纪初，法拉第的电磁试验中建立的电动机试验模型，被认为是世界上第一台电动机，接着直流电机就应运产生了。19世纪末电机技术的不断发展，出现了交流电机，从一相、二相、三相，发展到今天的同步、异步电机。电机的发展史就是社会工业的进步史，同时又极大的推动了社会的发展。

电机技术不断发展的同时，电机转速控制系统的要求也不在不断提高。随着电机应用领域不断扩展，电机的工作环境也趋于恶劣，从开始的手动控制转速发展到今天的应用逻辑电路或单片机实现转速控制。单片机控制转速系统，是电机控制领域的革命，它有着以前控制系统无可比拟的优势：成本低廉、对环境的适应性强、运行平稳、可扩展性好等。但是单片机控制系统制成后不易调整且编程语言比较复杂，因此存在一定的局限性，所以提出基于LabVIEW的控制系统设计思想。目前应用LabVIEW控制电机转速是一门新兴发展的技术，LabVIEW是应用G语言编制程序的，它可以通过编制测试软件来构成仪器。采用虚拟仪器，有以下几个优点：①突破了传统仪器在数据处理、显示、存储等方面的限制；②利用计算机丰富的软件资源，实现了部分仪器硬件的软件化，节省了物质资源，增加了

1

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2wzd.html