DOI:10.13436/j.mkjx.2012.06.025 第 33 2012 卷第 年 06 06 期 月 基于 煤 矿 机 械 Coal Mine Machinery Vol.33 No.06 Jun. 2012 的步进电机控制系统的研究 LabVIEW 赵世清 1， 荆学东 1， 綦法群 1， 张 轶 2 陕西科技大学 机电工程学院 概述了步进电机的运动控制原理及虚拟仪器技术中 710021； 2. 西安 ， 西安工业大学 后勤集团 进行开发 设计了简单的步进电机控制面板 图形编程语言设计的系统具有操作方便 控制灵活 、 、 LabVIEW ， 西安 710032） 软件的特点 采用虚拟 可实现步进电机的稳定运 界面友好和人机交互性 。 ， （1. 摘 要 ： 仪器开发软件 行 强等诸多特点 这种用 。 。 LabVIEW LabVIEW 关键词 中图分类号 ： LabVIEW； ： TM383.6 ， ； 步进电机 运动控制 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1003 － 0794（2012）06 － 0079 － 03 Research of Step Motor Control System Based on LabVIEW ZHAO Shi-qing1， JING Xue-dong1， QI Fa-qun1， ZHANG Yi2 （1. College of Mechanical and Electrical Engineering, Shaanxi University of Science and Technology, Xi’an 710021, China； 2. Logistics Group of Xi’an Technological University, Xi’an 710021, China) Abstract: Briefly summarized step motor motion control principle and virtual instrument technology of characteristics of LabVIEW software. System software is developed in LabVIEW and simple stepping motor control panel is designed, the system can realize stable operation of stepping motor. LabVIEW graphical programming language has such features as convenient operation, flexibility to control, good interface, well-designed human-computer interaction, etc. 0 ） 。 、 （ 、 ， ， 正 反转 转动 它可以快速完成启动 Key words： LabVIEW; step motor; motion control 引言 在生产过程中 步进电机是一种非常重要的执 和制 传统上控制步进电机的方法通常是 但是这些方法都有着 。 可改性不强而且编程语 美 应用 步进电机具有控制简单 ， 无积累误差等 行元件 动一系列动作 用单片机或逻辑电路来实现 先天的不足 言比较复杂 国国家仪器 公司 广泛 配合带有细分功能的驱动器使用时 诸多优点 本设计有着十分重要的意义 开发的 一种虚拟仪 器平台 市场前景比较客观 National Instrument（ 繁琐的线路 。 LabVIEW 、 是由 — ） ， 。 ， ， 。 因此 虚拟仪器及 。 ， （1） 虚拟仪器 1 LabVIEW 虚拟仪器系统的构成 是一种完全打破传统 具有全新 （VI） 它集仪器技术和计算机技术于一身 ， ， 概念的仪器 在该领域具有里程碑式的意义 ， 。 。 ， 虚拟仪器就是以计算机为载体 可以进行自动 原来的信号调理和处理都是由 现在虚拟仪可以用计算机程序 利 用 计 算 工作人员可以很方便地 处 化测试的仪器系统 硬件电路来完成的 来 代 替 机屏幕上的虚拟操作界面 完成对被测量数据的各种操作 理等 实 现 了 硬 件 功 能 的 软 件 化 包括采集 显示 ， 、 ， ， 。 ， 、 。 本 虚 拟 仪 器 主 要 由 上 位 机 台和相应 的外围硬件 设备 示 。 3 （PC）、 部分 组成 软 件 开 发 平 所 如 图 ， 1 79 测 控 对 象 现场总线设备 仪器 VXI 串口仪器 仪器 GPIB 数据采集卡 图像采集卡 各种工业自动化软件 测量与分析软件 LabVIEW.LabWindows/CVI.HP VEE 等 计 算 机 文本编程语言 VC＋＋、VB、Delphi 等 图 1 虚拟仪器构成示意图 （2）LabVIEW 。 ， NI ，NI 是由 LabVIEW LabVIEW， 。 LabVIEW 利用虚拟仪器技术 位虚拟仪器软件开发平台 又灵活的图形化开发环境 可视化编程的特点 系统的设计中 公司创立的一个功能强大而 开发平台具有 技术人员可以把主要精力放在 公司开发的 主要面向 与 传统的文本 编 程 语 言 相 采 用 的 是 一 种 基 于 流 程 图 的 图 形 化 是一种功能强大 的图 主 这样就 极大地方 便 工作效率也得到 32 的是计算机 测控领域 比 编程形式 形化编程语言 要用流程图的形式取代了传统的程序代码 使程序变得 更加直观 了非软件专业人员进行程序编制 了很大的提高 工程师在使用这种编程语言时 思 路更加清晰 也被称为 ，LabVIEW 语言 G ， 。 ， ， 。 ， ， ， ， 。 2 步进电机的控制原理 步进电机是 将电脉冲 信 号 转 变 为 角 位 移 或 线 位移的开环控制元器件 输入脉 冲信号的频率和输入的脉冲数决定着电机的转速 正常工作情况下 。 ， 、 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

基于 的步进电机控制系统的研究 赵世清 等 ， ——— 第 33 卷第 06 期 ， ， LabVIEW 在没有减速齿轮的情况下 。 转子所转过的机械角度 Vol.33No.06 停止的位置 脉冲信号 旋转是以固定的角度一步一步运行的 个数决定着角位移量 位 入频率 电机的转动速度 对于一个 它的 输入的脉冲 能够实现步进电机的精确定 电机转动的速度和加速度主要取决于脉冲的输 因此可以通过改变脉冲的输入频率来调整 即步距角 ， ， ， 。 ， ； 步进电机的控制主要包括 转动方向的控制 ： 、 转动速度的控制以及运动位置的控制 。 转动方向的控制 。 ， 。 简单的说 （1） 步进电机转 动方向的控 制 也 就 是 步 进 电 机 正 改变通电顺序即可改变步 具体要求就是可以实现步进电 并且在运行过程中正反转之 考 通 假设步进电机正 当通电 步进电机就会反 反转的控制 进电机的旋转方向 机的正转或反转启动 ， 间可以顺畅的相互切换 虑到自身运行的平稳性 常采用的是三相六拍的工作方式 转时的通电顺序为 顺序为 向旋转 以三相步进电机为例 噪音等各方面的影响 A-AB-B-BC-C-CA-A； A-AC-C-BC-B-AB-A 时 ， ， 。 。 ， 、 。 。 转动速度的控制 步进电机速度和位置的控制 （1） 由于 NI 公司生 产的运动控 制 卡 可 以 与 Lab- 所以可以从其函数运动库中 ， 步进电机的速度和位置控制选 ， 运动模块来实现 步进电机的速 软件直接匹配 VIEW 调用各种运动函数 用 度和位置控制前面板如图 Start-tas-move（） 。 所示 。 2 控制的轴号 axis. 在的卡号 图 2 电机速度和位置控制面板 与工作台上轴的关系由具体连线确定 ， Exist Cards. max-vel. 电机运转最大速率 电机起始速率 str-vel. Tsacc. 存 电 机在曲线段加速时间 段 加 速 时 间 Tldec. 电机在曲线段减速时间 Tsdec. 电 机 在 直 线 段 减 速 时 间 pos. 电机在直线 Tlacc. 电 机 运 行 的 距 离 运行过程中的错误显示 板卡的初始化状态 ， Error Out. Error. 选用该运动 模块来实 现 对 步 进 电 机 的 速 度 和 电机的 这样可 大大 延长了电 机的 使 用 寿 也就是为什么不选用梯形曲线运动轮廓和常数 是 因为在该运 动模块的控 制下 所 示 位置控制 运动速度曲 线呈现 S 以 减少对电机 的损害 命 速度运行轮廓 形 曲线 如图 3 ， ， ， ， 。 。 在所有的硬件合理的安装之后 制卡进行配置以及完成步进电机的调试工作 需 要 用 到 一 个 调 试 步 进 电 机 的 软 件 模 块 最大速度 对步进电机的初始速度 正转和反转等基本参数设置 Creator”， 离 、 、 。 “Motion 移动距 ， 需要对运动控 这里 、 。 z H / 率 速 MOX-vel 形曲线加 减速部分 S / 直线加 减速部分 / 形曲线加 S Str-vel 减速部分 / Tsdec Tsdec Tsdec 时间 /s Tsacc Tlacc Tsacc 图 3 最大速率 步进电机运动速率 max-vel. 起始速率 速段时间 str-vel. Tsacc. 直线加速段时间 步进电机正反转控制 Tlacc. Tldec. - 时间曲线 曲线加速段时间 Tsdec. 直线减速段时间 曲线减 （2） 通过布尔控 制量实现 对 步 进 电 机 正 反 转 的 控 反转 正转 ； “ ” 为步进电 输出为正转信号 制 ” 开关亮起时 输出反转信号 。 机正反转的前面板和后面板 开关亮起时 和图 ， “ 图 4 5 ， ， 。 图 4 存在的卡号 电机正反转控制前面板 ExistCards. 最大速率 axis. 电机运转的距离 pos. 控制的轴号 起始速率 str-vel. max-vel. Error Out. 板卡的初始化状态 80 。 因此 （2） 输入脉冲的 频率决定着 步 进 电 机 转 子 的 转 动 可以通过对步进电机输入脉冲频率的 具体要求是在高速或低速 在运行过程 速度 调节来控制其转动速度 的情况下 中可以实时的对步进电机的速度进行控制 步 进电机都可 以正常启动 ， ， 。 ； 运动位置的控制 ， 。 因此 （3） 输入脉冲的 数量决定着 步 进 电 机 转 子 的 角 位 可以通过改变输入的脉冲数量来控制 控 从而实现定步旋转的 并且可以在运行过程中随时设定停转位置 ， 可以从上次停转的位置再次启动运 移量 步进电机的运动位置 制步进电机旋转到指定位置 功能 在电机停转后 行继续旋转 可以自行设定一个角度 ， 。 ， 。 ， 。 。 3 基于 步进电机的控制软件采用的是 对步进电机的控制 LabVIEW 公司推出的 NI 配合 LabVIEW8.6。 LabVIEW 可为步进应用提供精确 NI 、 虚拟仪器开发平台 公司生产的运动控制卡 高性能的运动解决方案 ， 。 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

第 33 2012 卷第 年 06 06 期 月 煤 矿 机 械 Coal Mine Machinery Vol.33No.06 Jun. 2012 基于 UG 的单缸柴油机设计与运动学仿真 张翠平 齐丽丽 太原理工大学 机械工程学院 孙力平 ， ， ， ， 太原 药志英 张 健 （ 摘 要 利用三维造型软件 ： UGNX6.0 LD1110 对 ， 型单缸直喷式柴油机进行精确建模 030024） 详细阐述了实现机构运动仿真的步骤 同时在原机的基础上进行了设计 。 通过运动仿真再现柴油机的工作过程 检验机构运动结果 ， ， 装配 、 、 在凸 以保证设 ， ， 整体机构运动仿真 轮轴端部安装了供油提前器 计的准确性 关键词 中图分类号 ： UGNX6.0； 。 。 ： U464.17；TP391 单缸柴油机 连杆 运动学仿真 ； 文献标志码 ； 文章编号 ： A ： 1003 － 0794（2012）06 － 0081 － 03 Design and Kinematical Simulation of Single-cylinder Diesel Engine Based on UG QI Li-li， ZHANG Cui-ping， SUN Li-ping， YAO Zhi-ying， ZHANG Jian （College of Mechanical Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China） Abstract: With the use of three -dimensional modelling software UGNX6.0 a single -cylinder direct injection diesel engine of LD1110 type is precisely modelled, and all parts it concluded are assembled together，then whole mechanism kinematical simulation is carried out. Steps, whch can realize mechanism kinematical simulation, are elaborated. At the same time，on basis of original machine, a injection advance device is amounted on camshaft end. Through kinematical simulation working process of diesel engine is reproduced. By analyzing mechanism motion results design accuracy can be ensured. Key words: UGNX6.0; single-cylinder diesel engine; links; kinematical simulation 单缸柴油机改进设计 在原有 型柴油机的基础上 在凸轮轴 1 LD1110 ， ， ， 其模型如图 所示 端部加装了双偏心式的供油提前器 所示 在凸轮轴上的安装位置如图 前角的大小 而准确地供油时间 燃烧完 毕 料利用率 1 供油提 直接影响到柴油机开始燃烧的时间 ， 能够保证混合气在上止点附近 提高燃 从而能够 改善柴油 机燃烧过程 ， 降低废气排放 2 。 ， ， , ， 。 图 1 供油提前器 单缸柴油机的 图 2 建模与装配 安装位置 UGNX 建模模块提供了一个实体建模系统 2 UGNX 户可以应用创建编辑草图 用 特征以及曲 ， 曲线 、 、 实体 、 软件在步进电机运动控制部分的设 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 利用 软件可以使步进电机 LabVIEW 析了 LabVIEW 计 实验证明 更稳定的运行 。 ， 。 参考文献 ： 陈东 , ［1］ 姚成法 . 基于 LabVIEW 步进电机 PID 控制系统的设计 ［J］. 工业仪表与自动化装置 ，2005（1）：48-49. 侯国屏 王坤 , , ［2］ 叶齐鑫 . LabVIEW7.1 编程与虚拟仪器 设 计 北 ［M］. 图 5 电机正反转部分程序框图 ［3］ 清华大学出版社 ,2005. 京 ： 邓炎 王磊 , . LabVIEW7.1 测试技术与仪器应用 ［M］. 北京 : 机 械 工 业出版社 ,2005. 介绍了虚拟仪器的构成以及步进电机的控 雷振山 ［4］ . LabVIEW7.0 实用技术 教 程 ［K］. 北 京 : 中 国 铁 道 出 版 社 , ， 引出虚拟 仪器软件 设 计 中 的 主 打 产 品 — 具有库函数 LabVIEW。 LabVIEW 丰富 开 发的运动控 制程序能极 其方便地控 制步进 电 机 的 驱动 分 采用图形化编程 编程简单等许多优点 而且人机界面友好 便于操作人员使用 。 LabVIEW 调试方便 ， 、 、 ， ， 2001． 李海波 . ［5］ 单片机对步进电机三相六拍指数规律升降速的并行控制 北京 北京化工大学 ［D］. : 作者简介 ，2003. 赵世清 ： （1986- ）， 士研究生 研究方向 ， ： 测试与控制技术 ， ， 电子信箱 陕西镇安人 陕西科技大学在读硕 ：494953783@qq.com. ；（2） 责任编辑 ： 卢盛春 收稿日期 ：2012－02－24 81 结语 4 （1） 制原 理 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net