基于LabVIEW 的交流伺服电机转速测试.pdf

基于LabVIEW的交流伺服电机转速
测试方法研究和设计说明书

摘要：
本说明书介绍了基于LabVIEW的交流伺服电机转速测试方法。
提出了通过工控机控制NI数据采集卡PCI－0072的DO输出信号，
通过驱动放大单元后驱动交流伺服电机；同时使用数据采集卡PCI
－0072的DI测量红外脉冲，通过计数器上记录的脉冲数与时间之间
的关系，从而达到测量电机转速。在说明书的前面我们还对，最后给
出了部分程序。
引言：

本次课程设计是基于LabVIEW虚拟仪器系统开发与实践等原理
与技术而设计的电机转速测试系统，可以用来模拟进行一些简单的电
机转速测试。虚拟仪器的起源可以追溯到20世纪70年代，“虚拟”
的含义主要是强调软件在仪器中的作用，体现了虚拟仪器与主要通过
硬件实现各种功能的传统仪器的不同。由于虚拟仪器结构形式的多样
性和适用领域的广泛性，目前对于虚拟仪器的概念还没有统一的定
义。美国国家仪器公司（NationalInstrunentsCorpotion，NI）
认为，虚拟仪器是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分
析、过程通信及图形用户界面的软件组成的测控系统，是一种计算机
操纵的模块化仪器系统。
过去40年的时间里，美国国家仪器公司（NI）通过虚拟仪器技
术为测试测量和自动化领域带来了一场革新：虚拟仪器技术把现成即
用的商业技术与创新的软、硬件平台相集成，从而为嵌入式设计、工
业控制以及测试和测量提供了一种独特的解决方案。使用虚拟仪器技
术，工程师可以利用图形化开发软件方便、高效的创建完全自定义的
解决方案，以满足灵活多变的需求趋势。
本次设计的电机转速测试系统是利用虚拟仪器技术而完成的，通
过这次设计加深信号检测理论的理解，通过对电机测速实践，掌握信
号检测的基本设计方法，增强对信号检测只是的综合应用能力和实践

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能力。
交流伺服电机属于航海设备中使用最频繁的电机，也是其中故
障率较高的电机，参数稍微发生变化就会引起系统的抖动，严重影响
航行安全。对其进行性能测试，对于提高舰船航海设备的维修保障能
力有着重要的意义，其中转速是一个重要性能参数。

一、设计原理说明：
利用采集卡本身计数器来记录脉冲个数（通过设置采集卡每输入
1个脉冲，采集卡的计数器就加1。利用labview的定时器或者循环
体延时函数，以某一个时间间隔读取采集卡计数器的计数值，最后将
计数值（脉冲数）除以时间间隔即为转速。这里需要注意的是，每统
计一次转速之后，请将采集卡的计数器设置为0，否则计数器的值将
会累加，导致第二次测速不正确。当然，如果不想将采集卡的计数器
清零的话，也可以按方法一所说的那样，通过控件记录和跟踪每次测
速起始和终止时刻采集卡计数器的计数值，然后将终止时刻计数器的
值减去每次起始时刻计数器的值，将该差值作为本次测速的脉冲数
（转数）。
一、脉冲信号产生与采集：
把自制的带有多个牙齿的齿轮盘固连电机中轴上，通过工装，把
齿轮盘的外沿固定于红外对管的发射极和接收极之间，如图3所示。
伺服电机加上激磁和控制电压，中轴带动齿轮盘匀速旋转，其外沿的
牙齿会间断性地遮挡在
红外脉冲的发射极和接收极之间，使其产生脉冲信号。使用PCI
－0072的DI测量脉冲信号，计算脉冲个数，将计数值（脉冲数）除
以时间间隔即为转速,达到计算转速的目的。

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二、电机驱动
在交流伺服电机转速测试过程中，首先需要给电机提供激磁和控
制电压（两者之间需要有90°的相位差）。由于在离线状态下检测电
机，没有现成的工作电压供使用，而且本文中测试的是进口电机，配
套的进口驱动器价格昂贵，所以使用的是自行研制的伺服电机驱动
器。
程控伺服电机驱动器主要由数据采集卡PCI－0072和驱动放大
单元组成。由于PCI－0072输出的信号电压峰值为5V，功率也很小，
所以不足直接提供交流伺服电机的激磁和控制电压，必须通过驱动放
大单元对DO口发出的信号进行电压及功率的放大。驱动放大单元中
有两路结构相似的电路，一路用于激磁电压的放大，另一路用于控制
电压的放大。激磁和控制电压之间90°的相位差,通过放大板中的电
容实现。
LabVIEW是一种图形化的编程语言和开发环境，以LabVIEW为
代表的图形化程序语言，又称为“G”语言。它尽可能利用工程技术
人员所熟悉的术语、图标和概念，为实现仪器编程和数据采集系统提
供便捷途径。
三、虚拟仪器和LabVIEW以及系统软件设计
虚拟仪器是现代计算机技术和仪器技术结合的产物，是当今计算
机辅助测试域的一项重要技术。虚拟仪器是计算机硬件资源、仪器与
测控系统硬件资源和虚拟仪器软件资源二者的有效结合。
开始测试后，首先选择被测电机型号，然后DO输出信号。延时
一定的时间，待