基于LabVIEW的电机控制系统
基于Labview的步进电机闭环控制系统设计
第55卷第2期2021年2月电力电子技术Power ElectronicsVol.55,No.2February2021基于Labview的步进电机闭环控制系统设计刘旭辉，简震，丁志娟，张远方(上海应用技术大学，机械工程学院，上海201418)摘要：针对步进电机容易出现丢步现象，釆用比例积分微分(PID)控制原理，并结合Labview和STM32控制器搭建了步进电机闭环控制系统。
通过调用动态链接库库函数Pcomm.dll的方式，实现了Labview与STM32控制器之间的串口通信。
设计了PID参数实时整定模块，能够快速获得最佳PID参数。
进行了步进电机开环控制和闭环控制对比实验，实验结果表明该系统对步进电机失步问题具有良好的调控效果。
关键词：步进电机；比例积分微分；串口通信中图分类号:TM3文献标识码：A文章编号:1000-100X(2021)02-0054-03Design of Closed-loop Control System of Stepper Motor Based on Labview LIU Xu-hui,JIAN Zhen,DING Zhi-juan,ZHANG Yuan-fang(Shanghai Institute of Technology,Shanghai201418,China)Abstract:In view of the fact that stepper motor is easy to lose step,a closed-loop control system of stepper motor is built by using proportional integral differential(PID)control principle and combining Labview and STM32controller. The serial communication between Labview and STM32controller is realized by calling Pcomm.dll.A real-time PID parameter tuning module is designed to get the best PID parameters quickly.The open-loop and closed-loop control of the stepper motor are compared.The experiment shows that the system has a good control effect on the stepper motor out of step problem.Keywords:stepper motor；proportional integral differential；serial communicationFoundation Project:Supported by National Natural Science Foundation of China(No.51675345)1引言步进电机是一种将数字脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件，通过改变脉冲频率和脉冲数量可分别控制其转速和角位移，在额定工况下，步进电机具有较高的定位精度且无累计误差，常用于数控机床、医疗器械等自动化领域〔7。
LabVIEW在电机控制中的应用实现精准的电机控制
LabVIEW在电机控制中的应用实现精准的电机控制LabVIEW是一款基于图形化编程界面的开发环境，广泛应用于工业自动化领域。
在电机控制中，LabVIEW以其强大的实时性、易用性和可扩展性，成为了实现精准电机控制的理想选择。
一、LabVIEW的基本原理和特点LabVIEW采用了数据流图（Dataflow Diagram）的编程方式，通过将程序分为不同的模块，用图形化的图标表示不同的功能和算法，实现模块之间的数据交互和控制。
这种图形化的编程方式使得LabVIEW非常易于学习和使用。
LabVIEW具有以下几个特点：1. 强大的数据采集和处理功能：LabVIEW提供了丰富的传感器接口和数据采集模块，可以方便地获取电机的各种参数，如速度、转矩、温度等。
同时，LabVIEW还提供了丰富的信号处理和分析工具，可以对采集到的数据进行滤波、谐波分析等操作。
2. 高度可扩展性：LabVIEW支持与其他硬件设备和软件系统的连接，可以通过各种接口和协议与外部设备进行通信，实现与其他组件的集成，提高整个系统的可扩展性和灵活性。
3. 实时性能强：LabVIEW具有出色的实时性能，能够实时获取电机的状态并做出相应的控制。
这对于电机控制来说至关重要，因为电机反应速度非常快，需要实时采集和处理数据，才能实现精准控制。
二、LabVIEW在电机控制中的具体应用1. 电机控制算法的实现：LabVIEW提供了丰富的控制算法和函数模块，可以根据具体的需求，选择合适的算法进行电机控制，如PID控制、模糊控制等。
利用LabVIEW强大的数据处理能力，可以实现对控制算法的灵活调整和优化，从而提高电机控制的精度和稳定性。
2. 电机状态监测和保护：LabVIEW可以通过采集电机运行时的各种参数，实时监测电机的状态，如温度、电流、转速等。
当电机运行参数异常时，LabVIEW可以通过设定相应的报警和保护机制，及时采取措施避免电机受损。
3. 远程监控和控制：LabVIEW支持与其他设备和系统进行远程通信，可以实现对电机的远程监控和控制。
利用LabVIEW实现电气控制系统的设计与模拟
利用LabVIEW实现电气控制系统的设计与模拟电气控制系统在工业自动化领域有着广泛的应用，能够实现对各种设备和工艺过程的控制和监测。
而利用LabVIEW软件进行电气控制系统的设计与模拟，能够极大地提高系统的效率和可靠性。
本文将介绍利用LabVIEW实现电气控制系统的设计与模拟的方法和步骤。
一、LabVIEW简介LabVIEW是由美国国家仪器公司（National Instruments）开发的一种图形化编程语言和开发环境。
它采用模块化设计，用户可以通过将不同的模块（面板）进行组合，快速构建各种应用程序。
LabVIEW具有用户友好的界面和强大的功能，广泛应用于各个领域，包括电气控制系统的设计与模拟。
二、设计流程1. 系统需求分析在进行电气控制系统的设计与模拟之前，首先需要进行系统需求分析。
明确系统的功能需求、输入输出要求、控制策略等方面的需求，为后续的设计和模拟提供依据。
2. 硬件选型与连接根据系统需求，选择合适的硬件设备并进行连接。
LabVIEW支持多种硬件设备的连接，包括传感器、执行器、PLC等。
根据具体需求，选择适合的硬件设备，并通过合适的接口与LabVIEW进行连接。
3. 用户界面设计利用LabVIEW的图形化编程能力，设计用户友好的界面。
通过添加按钮、控制元件、指示灯等界面元素，实现对系统的操作和状态显示。
同时，可以利用LabVIEW的强大绘图功能，绘制出系统的电气连接图、控制逻辑图等。
4. 程序编写根据系统需求和控制策略，利用LabVIEW进行程序编写。
LabVIEW采用数据流图的编程模型，用户通过将不同的模块进行拖拽和连接，实现对系统的控制和监测。
可以使用LabVIEW提供的各种功能块，如PID控制、状态机、定时器等，根据系统需求进行灵活配置和组合。
5. 仿真调试完成程序编写后，进行仿真调试。
利用LabVIEW的仿真功能，模拟各种工况和故障情况，验证程序的正确性和稳定性。
借助LabVIEW提供的调试工具，对程序进行单步调试和参数调整，确保系统在不同情况下能够正确运行。
阐述基于LabVIEW的电机转速测控
阐述基于LabVIEW的电机转速测控当代社会科学发展迅猛，电机的应用伴随着科学发展的迅猛潮流慢慢渗透到各个领域。
电机的广泛使用就必须有相应的检测维护过程，其中电机的转速的测量和控制是不可缺少的一个环节，尤其是在水利发电系统中。
1.虚拟仪器和LabVIEW虚拟仪器一般由硬件和软件两部分组成，分别为计算机、仪器硬件和应用软件，其中应用软件主要指数据处理软件和结合计算机显示器模拟信号输入输出的软件，并由计算机及其测量仪器硬件模块组成了虚拟仪器硬件平台的基础。
LabVIEW是一种实验室虚拟仪器集成环境，是NI公司专门为虚拟仪器的研究开发而设计的软件。
作为这一行业标准图形化编程软件，不仅能够轻松地完成与各种软硬件的连接，更能为各方面提供强大的后续数据处理能力，设置数据处理、转换、存储的方式，并将结果显示给用户。
2.水利发电原理水利发电的基本原理是利用水位落差，配合水轮发电机产生电力，即利用水的位能转为水轮的机械能，再以机械能推动发电机，而得到电能。
科学家以水位落差的天然条件，有效的利用流力工程及机械物理等知识，设计出高发电量的设备，供人们使用廉价又无污染的电能。
3.系统硬件电路的设计本系统硬件部分主要是电机转速的采集部分。
本系统采用3144霍尔电磁传感开关进行电机转速的采集。
因为数据采集卡对于电机转速采集到的数据可以直接获取采用，而不需要进行信号处理。
系统硬件结构框图如图1。
4.软件部分程序的设计4.1设计方案本系统软件设计部分分以下几个步骤：（1）发送信号；（2）信号程序调用；（3）信号采集；（4）信号分析；（5）得出波形，测的转速；（6）比较转速，控制电机状态。
设计程序流程图如图2。
4.2电机转速测控软件部分的程序设计1）程序调用.设计过程中首先要进行信号的输入，进行信号的模拟采集与初步处理，需要调用3144霍尔传感器所对应的函数模块，从而获得信号。
2）信号的采集、处理、分析.由传感器收集到信号后，并发送到计算机处理程序中进行详细处理，存储到采集卡，并在程序面板上显示。
基于LabVIEW的直流电机模糊控制系统设计
基于LabVIEW的直流电机模糊控制系统设计摘要：利用模糊控制算法实现了一个小型直流电机的转速控制系统。
用LabVIEW的模糊控制器设计工具进行模糊控制器的设计，通过NI-PCI6251完成实时速度采集以及电机转速控制。
实际运行表明该系统具有超调小，调节时间短以及振荡小的优点。
关键字：LabVIEW; 模糊控制; 转速控制; 数据采集卡Abstract: A control system of rotating speed of a small DC motor is implemented by using fuzzy control algorithm. The fuzzy controller is designed by the fuzzy controller design tool of LabVIEW. The control of rotate speed and real-time speed acquisition are accomplished by data acquisition card NI-PCI6251.The result demonstrates that the system has advantageous of small overshoot, setting time and oscillation.Keywords: LabVIEW; fuzzy control; rotating speed control; data acquisition card 模糊控制技术是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制，最早出现于上个世纪60年代，在其后的几十年中迅速发展。
目前模糊控制技术在控制领域的应用非常广泛。
LabVIEW则是一种面向仪器测量控制的图形化的编程语言，配合数据采集卡或其他外部设备可以非常方便的构成以计算机为核心的测量控制系统。
基于LabVIEW的电机转速监测系统的设计
基于LabVIEW的电机转速监测系统的设计
摘要在电机控制系统中，转速测量的精确度、实时性和稳定性直接影响电机调速系统的性能。
文中设计了一种基于LabVIEW软件平台的电机转速
监测系统，选择绝对式光电编码器和单片机作为前端转速信号的采集系统，通过RS-232串口通信将数据传送至上位机;利用LabVIEW的数据处理和显示动能，对转速信号进行实时地处理、显示和保存。
该设计在开关磁阻电机调速系统中进行了实验测试，结果证明，该方法人机界面良好、测速范围宽、精度高、响应速度快、抗干扰能力强。
关键词LabVIEW;绝对式光电编码器;单片机
LabVIEW是美国国家仪器司(National Instrument)开发的一种虚拟仪器平台，是一种用图标代码来代替文本式编程语言的开发工具。
其通过在表示不同功能节点的图标之间连线来完成上位机的程序，在这一点上，其完全不同于以往基于文本的传统开发语言。
LabVIEW功能强大、操作灵活，使用图形化的编程语言，大幅节省了程序的开发周期，且其运行速度不受影响，体现出较高的效率，被广泛应用于自动测量系统、工业过程自动化、实验室仿真等领域。
以往利用LabVIEW设计数据采集监测系统时，通常采用数据采集卡进行
前端信号的采集，但是其价格昂贵。
文中设计了一种基于LabVIEW和
STC12系列单片机的电机转速监测系统，不仅节约了设计成本，且系统操作简便，稳定可靠，满足电机的测速要求。
1 系统的总体方案设计
系统由上位机和下位机组成。
下位机采用STC12C5410AD单片机作为主控芯片，绝对式光电编码器的脉冲输出信号通过信号调理电路后送至单片机，。
基于LabVIEW的电机测试系统的研究与应用的开题报告
基于LabVIEW的电机测试系统的研究与应用的开题报告一、研究背景和意义随着现代工业的不断发展，电机作为工业中不可或缺的重要元件，在各个领域的应用越来越广泛。
电机测试系统可以在研究、生产、检测等领域中发挥重要作用，帮助工程师完成电机参数测试、智能化诊断、故障排除等工作。
传统的电机测试仪器的测试方法和手动记录数据的方式已经无法满足现代工业的需求，因此需要开发基于计算机控制和数据处理的电机测试仪器，提高测试的准确性和自动化程度。
LabVIEW是一款强大而高效的编程环境，可以实现自动化测试、数据采集和控制等功能，具有良好的可扩展性和界面友好性。
该编程环境在工业现场应用广泛，尤其适用于自动化测试领域。
利用LabVIEW开发电机测试系统可以大幅提高测试效率、准确性和自动化程度，为工程师的研究和生产提供便利。
二、研究内容和方法本研究将利用LabVIEW开发基于计算机控制的电机测试系统。
（1）系统硬件部分主要包括电机测试装置和数据采集卡。
我们将选择一款高效率、稳定性好的数据采集卡来实现数据采集和传输的功能，该数据采集卡可以和电机测试装置连接直接对电机工作状态进行测试。
（2）系统软件部分使用LabVIEW实现。
我们将设计一套完善的测试界面，可以方便工程师输入测试参数、控制电机的转速和电流等，以便进行电机测试的过程中更好地记录数据。
我们将利用LabVIEW进行数据采集、数据处理和结果分析等，提高测试结果的准确性和可靠性。
三、预期结果和创新性本研究利用LabVIEW开发电机测试系统，将实现以下目标：（1）高效稳定的测试数据采集，输入测试参数后，系统能自动进行测试，减少了手动输入和潜在误差的风险；（2）实现数据可视化呈现，包括波形、频谱和功率谱等图形化数据，方便工程师进行结果分析和比对；（3）支持数据分析和报告导出，使得测试结果能更好地应用于研究和生产中；（4）提高了测试结果的准确性和自动化程度。
本研究的创新性在于：（1）采用LabVIEW作为测试系统的开发平台，充分利用LabVIEW 的自动化测试、数据采集和控制等功能，提高了测试系统的效率和可靠性；（2）通过数据可视化，使得测试结果更加直观、易于理解和应用；（3）实现数据分析和报告导出，方便测试结果的分享和应用。
基于AVR单片机和LabVIEW的丝杆步进电机运动控制系统
基于A VR单片机和LabVIEW的丝杆步进电机运动控制系统A VR单片机为核心的嵌入式系统，配备专用步进电机驱动器实现对丝杆步进电机运动的控制工作，LabVIEW软件构建虚拟仪器系统并创建友好交互界面。
单片机和LabVIEW之间确定串口通信规则，使LabVIEW能够发送相应字符串到单片机从而实现对丝杆步进电机启停、运动方向、运动步数的直接控制，并能够读取电机相关运动状态。
文章设计的丝杆电机运动控制系统具有工作稳定，易于操作和可移植性强的特点。
标签：单片机；LabVIEW；步进电机；串口通信1 概述丝杆步进电机，又称线性步进电机，由于其特殊的机械机构和工作机理，在日常实验研究及工业生产等相关领域发挥着越来越大的作用。
随着技术的不断发展创新，对于丝杆步进电机运动的控制方法已经不仅仅只限于单种技术的使用，而是多技术混合，结合各自的独特优势来实现最优化的系统设计。
本系统以A VR 单片机为核心搭建硬件工作电路，LabVIEW软件创建虚拟仪器系统，解决了步进电机工作噪声较大，控制操作不便等问题。
2 系统组成系统主要由装有LabVIEW软件的计算机，A VR单片机、电机驱动器和丝杆步进电机组成，系统组成框图如图1所示。
其中本系统中选用美国国家仪器（NI）公司研制开发的2014版LabVIEW 软件，LabVIEW是一种图形化的编程语言的开发环境，可以方便地建立自己的虚拟仪器，利用其编写的上位机程序控制下位机；下位机选用ATMEL公司中8位系列单片机的ATmega128系列单片机，该款单片机稳定性极高，功耗也很低，单片机与计算机之间通过USB线连接；电机驱动器选用TB6600型号的两相式步进电机驱动器，可实现正反转控制，通过3位拨码开关选择7档细分控制，3位拨码快关选择8档电流控制，能达到低振动、小噪声、高速度的效果；丝杆步进电机选用机身长度40mm，相电流1.7A，保持转矩43N·cm，导程8mm的42丝杆步进电机。
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收稿日期：2018年1月15日，修回日期：2018年2月9日作者简介：张瑶瑶，女，硕士，助理工程师，研究方向：电机测试。
徐宝，男，硕士，工程师，研究方向：电子通信。
∗1引言随着虚拟仪器技术的发展，LabVIEW 被广泛应用于各种数据采集及实时控制系统［1］。
Lab ⁃VIEW 用户可以根据实际需要灵活定义仪器的功能，通过不同功能模块的组合实现各种功能，使用过程中不必受限于仪器厂商提供的特定功能，从而可以自主开发新功能。
同时，LabVIEW 软件硬件的局限性小，易与其他仪器设备实现互联。
为了实现电机试验台运行过程的数字化监控，开发了电机控制系统，该系统采用CAN 通讯方式与变频器交换数据，抗干扰能力强，性能稳定。
2系统构成2.1系统硬件接口系统硬件由ABB ACS850变频器、西门子电机、编码器、研华工控机等组成，如图1所示。
图1控制系统结构系统采用ABB ACS850变频器控制22kw 西门子电机，实际转速通过E6B2-CWZ6C 编码器采集，接线图如图2所示，其中A 、B 两相分别需要接2k 欧姆的上拉电阻，采集信号送入变频器FEN-31模块、变频器接收到A 、B 两相脉冲量处理成转速信号，再通过CAN 通讯送给工控机；NI8512CAN 卡直接插在工控机接口上，工控机通过NI 8512CAN 卡给变频器发送控制字、转速等，接收变频器状态字、实际转速等。
基于LabVIEW 的电机控制系统∗张瑶瑶1徐宝2，3（1.中国空空导弹研究院凯迈机电洛阳471003）（2.山东大学信息科学与工程学院济南250100）（3.中央军委后勤保障部工程兵科研三所洛阳471023）摘要为了提高电机控制试验台的灵活性和适应性，开发了基于LabVIEW 语言的由ACS850变频器、电机、工控机组成的控制系统。
借助于变频器闭环控制转速，并实时显示当前转速。
当超过软件中所设报警值时，系统会紧急停机保护。
关键词LabVIEW ；ACS850变频器；控制系统；转速中图分类号TP2DOI ：10.3969/j.issn.1672-9722.2018.07.042Motor Control System Based on LabVIEWZHANG Yaoyao 1XU Bao 2，3（1.CAMA Electromechanic ，China Airborne Missile Academy ，Luoyang 471003）（2.School of Information Science and Engineering ，Shandong University ，Jinan250100）（3.The Third Engineer Scientific Research Institute of logistic Support Department ，CMC ，Luoyang 471023）AbstractIn order to enhance the flexibility and adaptability of the motor control testing ，a control system based on LabVIEWlanguage is developed ，which is composed of ACS850inverter ，motor and industrial control computer.With the help of the inverter closed-loop control speed ，and parameters such as speed are showed in real time.When the alarm value is exceeded in the soft ⁃ware ，the system will be shut down.Key Words LabVIEW ，ACS850inverter ，control system ，speedClass NumberTP22018年第7期计算机与数字工程图2编码器接线图2.2变频器参数设置变频器和电机连接好之后，先设置99组参数［2~7］，完成电机辨识。
编码器参数根据所选用编码器的型号来设置，本系统编码器有关参数设置如表1所示。
表1编码器设置参数代码19.02 90.01 93.01 93.02参数En1FEN-311024Quadrature说明选择编码器1编码器模块型号编码器线束编码器类型正交编码器为了增加CAN通讯的可靠性，CAN通讯电缆采用双绞屏蔽电缆，总线网络的两个端点各加上120Ω电阻。
正确实现工控机与变频器之间的通讯［8~9］，必须将工控机CAN卡和变频器对应的参数设置一致，如波特率、ID等，变频器的CAN参数设置方式如表2所示。
表2CAN通讯设置参数代码50.0151.01 51.02 51.03 51.1951.2252.09 52.10 52.1152.1253.09 53.10 53.11 53.12参数EnableCANopen011M11451411041232007说明激活现场总线模块只读节点地址通讯波特率激活RPDO21，使用默认的COB-ID激活TPDO21，使用默认的COB-IDABB Drives状态字实际速度实际转矩电流ABB Drive控制字REF1速度给定REF2转矩给定最大转矩限幅系统选用NI8512CAN卡，运用NI Database Editor来管理CAN总线的帧格式，配置基本的网络；定义总线中的框架和数据交换。
CAN卡与ACS850所设置的波特率、接收发送数据的ID要一致，在Database Editor软件中，波特率对应设成1M，RPDO21ID需设成十进制1025（十六进制401），RPDO21定义的数据格式由4个字组成，每个字占16位，分别定义为控制字、设定转速、设定扭矩、转矩限福。
TPDO21的ID设成十进制897（十六进制381），其定义的数据格式也由4个字组成，每个字占16位，分别定义为状态字、实际转速、实际扭矩、电流。
ACS850的相应参数和Database Editor分别设置成功后，就可以在CAN总线上进行数据交换了。
3软件设计电机控制系统软件采用模块化的设计方法［10］，如图3所示界面中，能够实时显示转速，并同时以数值和波形两种方式进行实时显示，当遇到超转速报警时，会通过指示灯进行提醒，同时对数据进行保存。
当按下STOP按钮时，电机会立即停机。
图3电机控制系统软件主界面变频器和NI CAN卡按照2.2节中的参数设置好之后，就可以通过程序来控制变频器了，流程图如图4所示，初始化时需要按照Database Editor中的定义格式，通过XNET Create Session函数创建输入、输出会话，之后就可以读写CAN数据。
通过LabVIEW程序中XNET Read函数读取变频器中的数据，分别为状态字、实际转速等。
通过XNET Write函数将控制字、设定转速等发送给变频器，通过变频器控制电机运行，其中本次试验发送起动命令时，控制字的命令为047F，变频器停止命令为04FE。
图4CAN通讯流程图1479第46卷4结果在恒转速模式下，系统可稳定控制转速，控制精度为±2R/min 。
图5和图6所示的分别是在1500R/min 和1800R/min 恒转速模式下，实际值与设定值的对比值。
1234567891011121314时间（s ）15011500.515001499.51499转速（r /m i n ）设定值实际值图5实际值与设定值对比值（设定转速1500R/min ）1234567891011121314时间（s ）18011800.518001799.51799转速（r /m i n ）设定值实际值图6实际值与设定值对比值（设定转速1800R/min ）5结语基于NI LabVIEW ，开发了一套管理软件，与变频器、电机、编码器、工控机一起构成了一套电机控制系统。
该系统通过CAN 通讯方式一直控制变频器工作在恒转速模式，转速控制精度在±2R/min 。
系统具有软件硬件急停功能，硬件拍急停或软件按急停，电机停机。
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