摘 要：步進電機在開環控制系統中作為控制用電機和驅動用電機得到廣泛使用，為防止失步和過沖，使用步進電機高速運行時必須有升降速過程。本文在分析比較幾種常用的升降速控制曲線基礎上，利用LabVIEW通過PCI-1780卡實現了步進電機自動升降速的軟件控制。 關鍵詞：步進電機,自動升降速,LabVIEW,軟件控制 一、前言 　　步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件，在辦公室自動化（OA）、工廠自動化（FA）和計算機外部設備等領域作為控制用電機和驅動用電機得到廣泛使用。在各類高校機電、數控、自動化等專業的教學中，步進電機是學生必須掌握的內容。 　　使用步進電機的開環控制系統必須在高速運行前有一個逐漸升速的過程，否則步進電機將會失步，臨到終點前必須有一個減速過程，否則會造成過沖，使定位不準，這種升降速必須在短時間內自動完成。若用硬件方法實現，將增加硬件結構的復雜性從而增加系統故障的出現次數;用軟件實現將增加計算機硬件實時計算工作量，有可能影響速度的提高，但隨著計算機硬件性能的提高，CPU的更快的運算速度為自動升降速的軟件實現提供了硬件保障。而LabVIEW（Laboratory of virtual instruments engineering workbench）是美國NI公司利用虛擬儀器技術開發的32位、面向計算機測控領域的虛擬儀器軟件開發平臺[1，2]。該軟件具有十分強大的功能,包括數值函數運算、數據采集、信號處理、輸入/輸出控制、信號生成、圖像的獲取、處理和傳輸等,提供了編寫儀器測試程序與建立數據采集系統的便捷途徑。采用旋鈕、開關、波形圖等構造用戶界面,人機交互界面友好。利用LabVIEW編程可以擺脫繁瑣的底層命令,直接選用相關圖標節點進行連線即可,容易實現程序的控制。 二、常用的步進電機自動升降速控制曲線 　　常用的控制曲線有以下幾種 　　1.速度時間曲線是梯形的運動（圖1） 　　電機做梯形運動時，其運動過程是首先以一定的加速度加速運動，當速度達到指定的速度時，開始勻速運動。減速時，以一定的加速度減速運動到指定的速度后勻速運動或停下來。這種升降速控制方法計算簡單，節省機時，但因為加速、勻速和減速過程不能光滑過渡，即加速度對時間的函數a（t）=dv（t）/dt不是連續函數，而存在階躍現象。這將影響電機和機械系統的使用壽命，所以適用于控制系統處理速度較慢且對升降速過程要求不高的場合。 [align=center] 圖1 梯形v-t曲線[/align] 　　2.速度時間曲線是S型的運動（圖2） [align=center] 圖2 S型v-t曲線[/align] 　　圖2中M-B為加加速運動階段，B-C為加速運動階段，C-D為減加速運動階段，D-E為勻速運動階段，減速時情況類似，E-F為加減速運動階段，F-S為減速運動階段，S-H為減減速運動階段。速度是時間的連續函數，從啟動到加速過程的光滑過渡以及到勻速運動的過渡使電機和機械系統的使用壽命提高，但計算量大，適用于控制系統處理速度較快且對升降速過程要求較高的場合。 　　3.速度時間曲線是直線加拋物線型的運動（圖3） [align=center] 圖3 直線加拋物線型v-t曲線[/align] 　　在對步進電機的控制中，工程上一般認為步進電機無需經過加速就直接階躍到啟動頻率所對應的速度，也可在啟動頻率所對應的速度直接停止[3]。因此上述直線加拋物線運動規律就演變為拋物線運動規律，由于步進電機的轉矩是其速度的減函數，在高速狀態下，易于產生振蕩，而使用拋物線型曲線的控制方法可提高步進電機的允許上限速度，而且可以保證系統盡快由啟動狀態上升到高頻運行狀態，或盡快由運動狀態停止。所以這里我們通過編程實現近似拋物線運動規律。 三、LabVIEW軟件控制的實現 　　根據步進電機控制電壓的特點，我們選用了PCI-1780卡，這是一款基于PCI總線的8路定時/計數卡，使用了AM9513芯片，提供8個16位計數器通道，8路數字量TTL輸出和8路數字量TTL輸入， 它的應用包括：事件計數、觸發式輸出、可編程頻率輸出、頻率測量、脈寬測量、PWM輸出、產生周期性中斷和延時功能等。 　　我們利用PCI-1780輸出所用脈沖，通過改變脈沖的輸出頻率來控制步進電機的轉速;通過控制輸出脈沖數量的方法控制步進電機轉動一定的角度;利用數字輸出功能控制其方向;利用軟件編程的強大功能實現步進電機的自動加減速控制。流程如圖4，步進電機控制的前面板如圖5所示： [align=center] 圖4 自動升降速控制流程圖[/align] [align=center] 圖5 步進電機控制前面板[/align] 四、小結 　　基于圖形化的編程語言，基于數據流的運行方式為我們開辟了步進電機控制的新領域。本文作者創新有以下幾點： 　　1、采用旋鈕、開關等構造用戶界面,人機交互界面友好。 　　2、將步進電機升降速的控制不但自動化，而且充分利用LabVIEW的優勢將控制量和顯示量實時顯示出來。 　　3、利用計算機快速的運算速度實現了自動升降速的控制，減少了硬件的配置，使整個系統簡化。 　　實踐證明這種控制方式可以加深對步進電機及其控制的理解和掌握。 參考文獻 　　[1]雷振山 《LabVIEW 7 Express 實用技術教程》中國鐵道出版社 北京 2004，p218 　　[2]張毅，周紹磊，楊秀霞,《虛擬儀器技術分析與應用》, 北京：機械工業出版社, 2004.2，p83-120 　　[3] 楊　林,方宇棟,LabVIEW控制步進電機，微計算機信息，2004年第二期