NEW基于LabVIEW的电机转速测量与控制虚拟仪器设计

本科毕业设计任务书设计题目基于LabVIEW的电机转速测量与控制虚拟仪器设计学院机械与电气工程学院专业机械设计制造及其自动化班级学号学生姓名指导教师基于LabVIEW的电机转速测量与控制虚拟仪器设计机械设计制造及其自动化专业指导老师摘要本文先简述电机测速与控制的意义以及国内外的电机发展概况，然后介绍传感器测量电机转速的相关方法以及几种常用的转速控制方法。基于LabVIEW平台和NI公司的USB6008采集卡，通过光电传感器将采集到的电压信号转化为脉冲信号，再经过对脉冲信号的周期测量及数学运算，从而得出电机的实时转速。在调节电机转速方面，主要是通过调节电机电枢的电压，达到调速的效果，同时使用PID控制理论，让转速能够在短时间内达到用户的需求。关键词LabVIEW；转速测量；电机控制；PID控制ABSTRACTThethesisfirstlyoutlinesthesignificanceofmotorspeed’smeasurementandcontrolaswellasthedevelopmentofmotorathomeandabroad.Besides,therelatedmethodsofsensormeasuringmotorspeedandtheothercommonlyusedmethodsarealsointroduced.BasedonLabVIEWplatform,thevoltagesignalcollectedbyNIUSB6008capturecardandphotoelectricsensorcanbetransformedintothepulseone.Andthen,aftertheperiodicmeasurementandmathematicalcalculationofthepulsesignal,thereal-timemotorspeedcanbeworkedout.Asfortheregulationofmotorspeed,theeffectofspeedcontrolcanbeachievedmainlybyadjustingthevoltageofmotorarmature.Atthesametime,thespeedcanmeetthedemandofusersinashortperiodoftimeinaccordancewiththePIDcontroltheory.KEYWORDSLabVIEW；Motorspeedmeasurement；Motorcontrol；PIDcontrol目录1．前言..........................................................11.1选题目的和意义.............................................11.2国内外微电机发展概况.......................................21.2.1我国微电机行业现状...................................21.2.2国外微电机行业现状...................................21.3电机控制相关技术发展现状...................................21.4本课题设计要求.............................................22.电机转速测量与控制技术..........................................42.1常见的几种测速转速方法.....................................42.2霍尔效应传感器测速.........................................42.2.1霍尔效应原理.........................................42.2.2霍尔传感器使用原理...................................52.3光电传感器测速.............................................62.4本课题使用的测速方法.......................................72.5常见的电机种类.............................................72.6微特电机简介...............................................82.6.1伺服电动机...........................................82.6.2测速发电机..........................................122.6.3步进电动机..........................................122.7本课题使用的电机..........................................132.8电机转速控制理论..........................................152.8.1PID控制理论.........................................152.8.2其他控制理论........................................173.虚拟仪器的概述.................................................193.1虚拟仪器的简介............................................193.2虚拟仪器的特点............................................193.3虚拟仪器的组成............................................204.转速测量与控制系统的设计.......................................214.1系统设计构思..............................................214.2测控系统的硬件设计........................................214.2.1光电传感器TLP-850...................................224.2.2数据采集卡USB-6008.................................244.2.3模拟输入端口........................................264.2.4模拟输出端口........................................274.2.5硬件设备的搭建......................................274.3测控系统的软件设计........................................284.3.1数据采集程序........................................284.3.2数据测量程序........................................304.3.3数据运算程序........................................314.3.4PID控制程序.........................................324.3.5数据输出程序........................................354.4实验结果分析..............................................364.4.1实验运行结果........................................364.4.2实验结果分析........................................375.改进方案.......................................................395.1方案一....................................................395.1.1设计构思............................................395.1.2测控系统的硬件设计..................................395.1.3测控系统的软件设计..................................405.1.4实验结果及分析......................................415.2方案二....................................................425.2.1设计构思............................................425.2.2测控系统的硬件设计..................................425.2.3测控系统的软件设计..................................425.2.4实验结果及分析......................................435.3方案三....................................................445.3.1设计构思............................................445.3.2测速系统的硬件设计..................................445.3.3测速系统的软件设计..................................445.3.4实验结果及分析......................................446.结论...........................................................45致谢.............................................................47参考文献.........................................................48附件1程序前面板.................................................49附件2程序后面板.................................................5011．前言1.1选题目的和意义电动机的出现，使电力代替蒸汽这种动力成为了新能源，同时也促进了第二次工业革命的推进。时至今日，大至生产行业的冶炼生产，小至生活用品的电工牙刷，都离不开电机的使用。其中与我们的生活密切相关的电机应该要算微特电机了，因为在汽车电装、音响影像、光学精密、家电等其他的领域，都会找到微型电机的身影（如图1-1所示）。好比家用电吹风里的电机，要实现档位的转换，也就是要实现对电机的转速进行调速；倘若是运用在医疗设备中的电机，那么对电机的调速要求则更加严格，因为如果电机在调速过程中发生了过大的误差，其后果是不堪设想的。因此如何能快速精确调节电机的转速具有一定的研究意义。同时在一些大型设备中，将电机的转速调解在适当的范围内，也能起到节省能源，提高效率的效果。图1-1微型电