基于虛擬儀器技術(shù)的步進電機檢測系統(tǒng)

作者：時間：2012-11-07 來源：網(wǎng)絡(luò)

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1 硬件構(gòu)成

檢測系統(tǒng)主要由信號接口及虛擬儀器兩部分構(gòu)成(圖1)。待測信號由控制機柜上的接口引出，通過信號選擇、調(diào)理之后送入工控機，由數(shù)據(jù)采集卡進行數(shù)據(jù)采集，并最終由數(shù)據(jù)處理軟件進行分析、顯示、存儲等。步進電機系統(tǒng)由脈沖控制器、驅(qū)動電路和步進電機等幾部分構(gòu)成，根據(jù)不同的檢測要求如常規(guī)檢測、實時監(jiān)控和故障診斷等，需要對脈沖控制器的輸出、驅(qū)動電路的輸出以及電機繞組的信號分別進行檢測。為更有效的利用采集卡的硬件資源以及計算機的數(shù)據(jù)處理能力，在接口部分設(shè)置了信號選擇電路，負責(zé)把需要檢測的信號送入后續(xù)系統(tǒng)。接口電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，通過兩個選擇開關(guān)的不同組合，分別實現(xiàn)從驅(qū)動板輸入級引出脈沖控制器信號、從驅(qū)動板輸出級引出驅(qū)動電路信號、從電機回路引出步進電機繞組電流信號。

信號調(diào)理電路采用運算放大器對取樣電阻兩端的信號進行差分運算，得到電壓、電流信號并以單端方式輸出至數(shù)據(jù)采集卡。步進電機常采用方波電壓驅(qū)動，從其頻譜構(gòu)成來看包含一定的高頻成分，屬于有突變的大幅值信號，故選用LM318高速寬帶運算放大器，其增益帶寬為15MHz，轉(zhuǎn)換速率為70V/μs。為進一步提高待測信號的信噪比，減小軟件數(shù)據(jù)處理的難度以及減少運算量，在LM318的電源部分加入了2個1000μF的電解電容退耦合，在其輸出端加入了0.2μF的瓷片電容以濾除高頻噪聲。

虛擬儀器的硬件采用基于PCI總線技術(shù)的DAQ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，選用的PCI-6071E數(shù)據(jù)采集卡可實現(xiàn)對32個步進電機及其驅(qū)動電路和脈沖控制器的多路并行檢測。

2 軟件設(shè)計

根據(jù)模塊化的編程思想，檢測程序(圖3)的結(jié)構(gòu)自上而下分為主程序?qū)?、邏輯層、?qū)動層。主程序?qū)佑捎脩艚缑婧蜏y試執(zhí)行部分構(gòu)成，邏輯層負責(zé)邏輯關(guān)系的驗證以及相關(guān)決策的制定，驅(qū)動層負責(zé)與儀器、被測設(shè)備以及其他應(yīng)用程序之間的通信。軟件的開發(fā)平臺為NI公司的LabVIEW。檢測程序的主要任務(wù)為多通道的數(shù)據(jù)采集、分析和存儲，因此程序的優(yōu)化及運行效率問題都顯得較為重要，在軟件的開發(fā)中運用了LabVIEW所支持的多項先進編程技術(shù)，如數(shù)據(jù)流、多線程、定時循環(huán)、狀態(tài)機等。