基于labview的直線電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)采集技術(shù)

周琴

 (1上海交通大學(xué)，上海200240；2上海電機(jī)學(xué)院，上海200240)

摘要介紹了一種采用ni—daq卡和labview結(jié)合的軟硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行證明了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的可行性和先進(jìn)性，該系統(tǒng)分布式監(jiān)控能力和可視性都較好。

0引  言

直線電動(dòng)機(jī)是國(guó)際上近幾十年來(lái)迅速發(fā)展的一種新型電動(dòng)機(jī)。它不需要中間傳動(dòng)裝置，能直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載作直線平移運(yùn)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、起動(dòng)快速、工作可靠、維護(hù)方便及造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)，已在高速加工機(jī)床、交通運(yùn)輸、起重搬運(yùn)及傳送裝置等方面廣泛應(yīng)用。

labview是一個(gè)完整的儀器開(kāi)發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用軟件，采用圖形數(shù)據(jù)流編程，有專用于數(shù)據(jù)采集和儀器控制設(shè)計(jì)的功能庫(kù)和開(kāi)發(fā)工具庫(kù)，擁有大量的調(diào)試手段。利用它組建的直線電動(dòng)機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可大大簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)，達(dá)到省時(shí)、省力、高效的目的。

1系統(tǒng)的硬件平臺(tái)

1 1 daq采集卡

daq采集卡通常可以完成模／數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)／模轉(zhuǎn)換、數(shù)字量輸入／輸出、以及計(jì)數(shù)器／定時(shí)器操作等多種功能。使用之前，因其控制程序用到了許多底層的daq驅(qū)動(dòng)程序，必須對(duì)daq卡的硬件進(jìn)行配置。而labview的數(shù)據(jù)采集程序庫(kù)包括了ni公司許多數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)控制程序，無(wú)需再自己開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)控制程序。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成如圖1所示。

daq系統(tǒng)的基本任務(wù)是物理信號(hào)的產(chǎn)生或測(cè)量，但是要使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠測(cè)量物理信號(hào)，必須要使用傳感器把物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)(電壓或電流信號(hào))。有時(shí)不能把被測(cè)信號(hào)直接連接到daq卡．而必須使用信號(hào)調(diào)理輔助電路，先將信號(hào)進(jìn)行一定的處理。總之，數(shù)據(jù)采集是借助軟件來(lái)控制整個(gè)daq系統(tǒng)，包括采集原始數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、給出結(jié)果等。圖1描述了插入式daq卡。另一種方式是外接式daq系統(tǒng)。它不需要在計(jì)算機(jī)內(nèi)部插槽中插入板卡，計(jì)算機(jī)與daq系統(tǒng)之間的通訊可以采用各種不同的總線如并行口、usb口或者pcmcia等完成。這種結(jié)構(gòu)適用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的插入式daq卡是由美國(guó)ni公司生產(chǎn)的基于pci總線的、e系列高性能多功能數(shù)據(jù)采集卡pci-6024e，e系列數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品是專為高性能的測(cè)試要求而設(shè)計(jì)的，即使在高采樣速率、高增益的情況下，也能保證采集精度。其****定時(shí)功能和多板同步能力可以滿足多種系統(tǒng)的需要，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。

1 2高速計(jì)數(shù)器／定時(shí)器

pci-6602高速計(jì)數(shù)器／定時(shí)器有8套通用計(jì)數(shù)器，32位計(jì)數(shù)通道，同時(shí)可以作為32個(gè)i／o口使用，每套計(jì)數(shù)器占用2個(gè)輸入端口和1個(gè)輸出端口，基本原理與pci-6024e板卡相同。

pci一6602采集卡上提供了80 mhz、20 mhz和100 khz兩個(gè)時(shí)鐘源供使用。典型的計(jì)數(shù)器應(yīng)用有：事件定時(shí)／計(jì)數(shù)、產(chǎn)生單個(gè)脈沖、產(chǎn)生脈沖系列、測(cè)量頻率、脈沖寬度、信號(hào)周期等。同樣，labview給出了低、中和高三種類型的計(jì)數(shù)器函數(shù)，本文用******的中級(jí)函數(shù)編程，利用計(jì)數(shù)器的常用功能，即脈沖發(fā)生，可以在out口輸出一個(gè)或一串脈沖。用generate del dyed pulse vi可發(fā)生單個(gè)脈沖，發(fā)生脈沖序列。使用這兩個(gè)vi時(shí)需要設(shè)定以下參數(shù)：脈沖極性、延遲、幅寬(延遲和幅寬之和為脈沖寬度)以及占空比。脈沖極性決定了脈沖是高還足低。本系統(tǒng)中利用generatepulse nain vi發(fā)生脈沖序列。

2直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)采集

利用lahview的daq采集卡對(duì)直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)辨識(shí)和速度觀測(cè)兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集.先用霍爾傳感器得到電機(jī)初級(jí)的兩路電壓信號(hào)和一路電流的模擬信號(hào)，通過(guò)調(diào)整電路將信號(hào)調(diào)整到dao允許輸入的范圍(-10 v～+10 v)；接著將調(diào)整后的三路信號(hào)輸入daq的模擬輸入通道，在labview的運(yùn)行環(huán)境中建立數(shù)據(jù)采集通道，將數(shù)據(jù)采集到計(jì)算機(jī)；最后用lahview語(yǔ)言進(jìn)行編程建立儀器面板，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

2 1直線感應(yīng)電動(dòng)機(jī)參數(shù)辨識(shí)的數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集部分基于daq卡和labview7軟件平臺(tái)，程序主要由數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理兩大部分組成。其中，數(shù)據(jù)采集程序如圖2所示。

daq assitant是daq卡和lahview7連接的媒介，它可使兩者無(wú)縫集成。首先要對(duì)da0 as—sitant進(jìn)行設(shè)置，其可以在labvieⅵ1運(yùn)行環(huán)境中也可在max下進(jìn)行設(shè)置，重點(diǎn)是采樣頻率的設(shè)置，必須滿足采樣定理。為了保證數(shù)字化后的信號(hào)數(shù)據(jù)不喪失原信號(hào)的特性，采樣頻率應(yīng)大于或至少等于信號(hào)截止頻率的兩倍。因?yàn)殡姍C(jī)的****電壓頻率為50 hz，因此設(shè)置采樣頻率必須大于100 hz，此處設(shè)置采樣頻率為500 hz。參數(shù)設(shè)置圖如圖3所示。其中aio、ail是電機(jī)初端的兩路電壓信