labview可以控制伺服电机吗（labview控制伺服）

挑战：

车辆变速杆耐久性试验要求车辆变速杆在规定的负载条件下以一定的速度在两个确定的工作位置之间移动。运行次数较多（如40万次），运行过程中监控速度、次数等参数，希望预留系统电流、电压等参数的监控和扩展能力。常见的基于PLC的耐久性试验台设计方案显然无法满足运行过程中对速度、次数、电流、电压的监控。控制和可扩展性要求。基于LABVIEW和交流伺服电机的测试系统采用闭环控制策略，通过系统位置信号的采集来确定电机的运行方向。过程中速度的变化以及电压、电流的监测，为系统测试提供智能监测和分析。科学依据。

解决方案：

基于NI USB-6251的模拟量采集模块利用LABVIEW的DAQ Assistant的Express技术实时采集光电开关信号。并输入到基于LABVIEW的开发系统中进行采集、比较和分析，并通过程序控制和基于Modbus协议的二次开发进行通信。伺服电机按指定的速度和方向运动，到达指定的位置后返回在时间和计数上，都是根据实际情况来解决系统在运行过程中出现故障的问题，增加的限位反转保护方案也是本系统的一个创新。

1 简介

汽车系统及零部件的疲劳耐久性能是评价汽车质量的重要指标。因此，开发通用的耐久性测试装置来测试各种部件是车辆开发过程中极其重要的任务。本文以某车型变速杆耐久性试验台搭建为例。系统阐述了光电开关的工作原理，并结合实际情况对开关触发信号采集、LABVIEW控制程序编写、通过LABVIEW的Modbus协议进行伺服电机技术控制等关键问题进行了阐述。优化程序中增加了优化方案——极限位置反转保护方案，避免试验台运行过程中可能出现的问题。错误。

2 系统开发背景

汽车变速杆试验台是用于评价变速系统耐久性能的专用设备。它也是一个车辆部件测试台。最重要的实验之一。例如，某车型的测试要求是：变速杆经过40万次测试后，变速杆各部件无破损、操作灵活、无卡滞现象；变速杆力载荷60N，频率要求0.5Hz。其中，操作次数、换档力载荷、操作频率等均要求实时变化。图1显示了最终的变速杆耐久性试验台。重块作为负载，伺服电机驱动转盘旋转。变速杆动作和变速是通过与转盘连接的拉杆机构实现的。杆的两个极限位置分别由两块铁板和一个光点开关确定，并传输到USB-6251。由于伺服电机与转台之间的传动比为10，电机转速设置为33rpm，满足测试要求。

图1 变速杆耐久性试验台

图2 系统框图

3 系统组成及总体设计方案

根据系统的功能需求，本系统由上位机、NI数据采集卡USB-6251、光电开关、交流伺服电机、机械装置五部分组成，系统框图如图2所示本装置采用美国国家仪器公司（NI）开发的数据采集卡USB-6251对光电开关进行实时采集。模拟电压信号。机械装置工作时，光电开关输出高电平，上位机不动；当机械装置运行到预设的上/下限位置时，光电开关输出低电平，上位机按照用Labview编程的设置进行操作。程序完成计数、显示、判断工作，并通过Modbus协议控制伺服电机反向运行，使机械装置进入下一个循环，直到运行次数满足要求。运行频率/速度是通过伺服电机的速度运行模式来实现的。

3.1 传感器和数据采集解决方案

光电开关通常通过发射器将光强度的变化转换为电信号的变化来实现控制。接收器和检测电路由三部分组成。它利用被检测物体对红外光束的遮蔽或反射，通过同步环路选通来检测物体的存在或不存在。它的物体不限于金属，而是可以检测所有能反射光的物体。本文选用的漫反射光电开关是集发射器和接收器于一体的传感器。当有被检测物体经过时，光电开关发射器发出的足够量的光被反射到接收器，因此光电开关产生开关。信号。

本文利用NI公司开发的USB-6251数据采集卡和Labview软件的Express技术快速实现光电开关的实时电压。收藏。 USB-6251数据采集卡是NI最新推出的USB总线M系列数据采集产品，可提供多达16路模拟输入通道和1.25 MS/s的数据采集速率，并具有USB即插即用的简单性并且全新的高速信号流技术可以快速实时采集各种物理信号。 Express技术是Labview提供的最新技术，用于快速、轻松地构建专业测试系统[1]。它将各种基础功能进一步封装成更智能、功能更丰富的功能；并为其中一些功能提供了配置对话框框，可以通过配置框对功能进行详细配置，因此可以用更少的步骤完成一个功能齐全的测试系统，特别是对于复杂的采集系统，Express技术使其大大简化。图3所示为光电开关电压信号采集设置示意图。电压信号的最大值和最小值设置为+10V和-10V，采集速率和要读取的样本均设置为1，即每秒采集1个样本并传输到主机实时。模式设置为连续采样。

3.2 Labview控制程序

采集到的光电开关信号将输入到程序中执行控制策略。如图4所示，DAQ助手采集利用Express技术创建的光电开关的电压信号，并将该信号实时输入到循环结构中进行判断。这里的阈值选择为5V，即当电压信号大于5V时（此时电机正常运行），则不执行。任何操作；当电压信号低于5V时（此时电机运行到上下限位置），首先电流数增加0.5（电机在上下限位置之间来回运行，即定义为1)并比较当前次数是否等于循环次数，如果相等则程序停止；如果不相等，电机反转，程序继续运行。

图3 光电开关电压信号采集

图4 光电开关信号判断与计数

3.3 Modbus协议控制伺服电机方案

图5所示为利用Modbus协议控制伺服电机反转的Labview程序。 Modbus协议是电子控制器上使用的通用语言，通过该协议控制器之间可以相互通信，控制器和其他设备可以相互通信。它已成为通用的行业标准[2,3]。 Modbus协议有两种传输模式：ASCII（美国信息交换标准码）或RTU（远程终端单元）。两种方法都必须指定一个字符串。通讯参数（如波特率、验证方式等）。伺服电机预置以下参数：站号：1；传输方式：RTU；数据位：8；奇偶校验：偶校验；停止位：1；通讯超时：5000ms；串口号：Com4。并设置电机内部寄存器20B（十六进制）位置为命令输入反转控制，即当该寄存器变化时（即由106变为006，或006变为106）电机反转；默认为106，电机按指定方向运行。图5中的程序首先提取内部寄存器20B的当前值，将其与给定值进行比较，然后输入新值。从而实现电机的反转运转。

3.4 限位反转保护方案

电机实际运行时，采用两片光亮的金属铁片来触发光电开关。由于铁片的宽度和电机的惯性，电机往往必须超出铁片的内边缘才能进行反转操作。电机反转初期，光电开关仍处于低电平状态。级，这样很容易让程序认为电机已经到达了另一个极限位置，导致电机在某个极限位置附近反复移动。运行，无法正常工作。图6为程序中新增加的限位反转保护功能。即电机到达极限位置后，NI数据采集功能关闭2秒。 2秒后，再次开启数据采集，此时光电开关已远离触发铁片，不会再出现上述问题。

图5 Modbus协议控制电机反转

图6极限位置反转保护

图7 变速杆耐久性试验台人机交互界面

4 软件实现

4.1 人机交互界面

人机交互界面编辑的可视性是Laview的一个重要优势[4]。 Labview的前面板包含大量真实的控件，用户还可以创建自定义控件。前面板的窗口形式可以有多种显示方式，以满足不同的需要。用户可以使用按钮、对话框、声音、菜单和键盘输入等不同方式与程序进行交互。图7 显示了编程界面。清零按钮可以将当前数字清零；按设置按钮将弹出一个对话框。弹出一个框，用户可以通过键盘输入需要的循环次数；再按一次启动按钮，程序开始运行，启动按钮长按，启动命令变为暂停功能，可以随时按暂停程序；停止按钮将退出整个程序。

4.2 未来扩展能力

目前设计的方案仅满足耐久测试的循环数要求和指定速度的参数设置（通过伺服电机），通过电压和电流传感器将电机运行电流和电压信号转换为模拟电压信号，输入到NI-6251采集前端，在软件中设置相应的转换参数即可用于监测电机参数。在上述平台建立的基础上，可以尽快搭建上述平台，并建立数据保存和报警功能。

5 结论

本文采用光电开关发出模拟电压信号。 NI数据采集卡采集电压信号并输入到上位机，在上位机中运行。利用Labview软件编写的人机界面和数据处理程序，根据判断结果通过Modbus协议控制交流伺服电机实现往复运动。动作，最后添加极限位置电机反转程序，解决电机运行时极限位置控制策略失效的问题。实践证明，这种试验台的技术路线和控制策略是可行的，也是一种比较实用的方法。该通用方法不仅可以满足变速杆耐久性试验的要求，而且对其他部件耐久性试验台的开发也具有参考意义。

参考

王建群，南金瑞，孙逢春，付立鼎。基于LabVIEW的数据采集系统的实现，计算机工程与应用，2003（21）。

杨乐平、李海涛、肖祥生。 LabVIEW编程设计与应用。北京：电子工业出版社，2001。

周军、徐江宁、孙振宇。基于LabVIEW的交流伺服电机转速测试方法研究与设计船舶电气技术，2009（3）：57~60。

陈锡惠，张银红。 LabVIEW 8.20 编程从入门到精通。北京：清华大学出版社，2007（125）。

编辑：hfy