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基于Labview的转速检测及控制

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基于Labview的转速检测及控制

乔歆;王秋石

【摘 要】介绍了实现速度检测的一些方法,简单介绍了各种传感器的工作原理及其功能,并对虚拟仪器进行了初步的了解,文章采用虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融为一体,利用虚拟仪器图形编辑语言Labview完成对数据的处理,实现对转速的实时控制、检测及其显示功能.

【期刊名称】《防爆电机》

【年(卷),期】2012(047)004

【总页数】4页(P31-33,41)

【关键词】转速传感器;虚拟仪器;数据采集卡;Labview

【作 者】乔歆;王秋石

【作者单位】大连伯顿冠力电机有限公司,辽宁大连116043;北京理工大学,北京100081

【正文语种】中 文

【中图分类】TM306

0 引言

随着自动化技术的高速发展，仪器及检测技术已成为促进当代生产的主流环节，同时也是生产过程自动化和经营管理现代化的基础，没有性能好、精度高、质量可靠的仪器测试到各种有关的信息，要实现高水平的自动化就是一句空话［1］。随着自动化程度要求的不断提高，测试技术也越来越趋向于高度智能化、多传感集成化和网络化。

虚拟仪器就是利用现有的计算机，配上相应的硬件(利用插在计算机的内外扩展槽或VXI 机箱中的数据采集板或信号调理系统加A/D 装置完成计算机数据I/O 操作)和专用软件(即虚拟仪器图形编辑语言Labview)构成。它是计算机资源、模块化功能硬件与应用软件的有机结合，利用软件在屏幕上生成各种仪器面板，完成对数据的处理、表达、传送、存储、显示等功能。与传统仪器相比，其主要优点是可以由用户自己定义、自己设计仪器系统，以满足不同的要求，使仪器的功能更加强大、灵活、易于扩展、智能化更高，而且很容易同网络、外设及其他应用设备相连接，既降低了价格，节省开发、维护的费用，又缩短了技术开发周期［2］。虚拟仪器通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合为一体，从而把计算机强大的数据处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，并通过软件对数据显示、存储以及分析处理，其中软件成为整个仪器系统的关键，硬件仅仅为了解决信号的输入、输出。

1 转速检测的常用方法

转速检测的核心就是如何将转速转换成可直接测量的电信号，从而计算出转速值，通常的方法有两种：电磁和霍尔效应方法。

电磁方法就是利用磁电感应原理实现测速，当齿轮旋转时，通过传感器线圈的磁力线发生变化，在传感器线圈中产生周期性的电压，通过对该电压处理计数，就能测出齿轮的转速。该传感器输出信号强，抗干扰性能好，不需要供电，安装使用方便，可在烟雾、油气、水气等恶劣环境中使用［3］。

霍尔方法就是利用霍尔效应原理，通过磁场、电流对被测量的控制，使包含有被测量变化信息的霍尔电压发生变化，在利用后继的信号检索和信号放大电路，就可以得到被测量的信息。正因为霍尔传感器的基本原理霍尔效应只包含了磁场、电流、电压三个常用物理量，使得采用霍尔传感器的被测量的测量简单易行，而磁场强度、电流、电压是磁场、电场的基本物理量，所以霍尔传感器可以进行精确的非接触测量［4］。

一般将磁电传感器称为被动式传感器，将霍尔传感器称为主动式传感器，这是因为磁电传感器工作时候不需要任何外部工作电路，完全基于电磁感应的原理，而霍尔传感器需要外部供电，通常为5-12V 直流电压驱动，另外还需要提供可靠接地。

2 转速传感器

2.1 电磁式转速传感器

电磁式转速传感器，它由永磁体、极轴和感应线圈等组成，极轴头部结构有凿式和柱式两种。当转轴连接到被测轴上一起转动时，由于内、外齿轮的相对运动，产生磁阻变化，在线圈中产生交流感应电势。测出电势的大小便可测出相应转速值。

2.2 霍尔转速传感器

霍尔传感器就是在磁场中，运动电荷的偏移称为霍尔效应。齿轮转动时，使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化，因而引起霍尔电压的变化，霍尔元件将输出一个毫伏(mV)级的准正弦波电压。此信号还需由电子电路转换成标准的脉冲电压。

2.3 光电式转速传感器

光电式编码器如以信号原理来分，有增量型编码器，绝对型编码器。绝对式光电编码器是通过读取编码盘上的二进制的编码信息来表示绝对位置信息的。

增量式光电编码器是码盘随位置的变化输出一系列的脉冲信号，然后根据位置变化的方向用计数器对脉冲进行加/减计数，以此达到位置检测的目的。它是由光源、透镜、主光栅码盘、鉴向盘、光敏元件和电子线路组成。

上述编码器有各自的优缺点，根据高低速、精确度等，选择不同的编码器以适应不同的应用场合。而且它们产生的模拟信号一般都是1-5V 的电压信号或者4-20mA

的电流信号。这些模拟信号经高精度A/D 转换器转换成A、B、Z 三路脉冲信号。根据这三路脉冲信号即可计算出电机的转向和转速。

3 基于Labview 的转速检测与控制

利用虚拟仪器实现电机转速的测量如图1 所示，虚拟仪器的三大优势在于：高效的软件，模块化的I/O 硬件，稳定的集成平台。

图1 虚拟仪器的测试框图

3.1 数据采集卡

一个典型的数据采集卡的功能有模拟输入，模拟输出，数字I/O，计数器/计时器等。模拟输入是采集卡的最基本的功能。它一般由多路开关(MUX)，放大器(Amplifier)，采样保持电路(S/H)以及模数转换器(ADC)来实现［5，6］。一个模拟信号通过上述各部后可以转化为数字信号。ADC 的性能和参数直接影响着采集数据的质量，应根据实际测量所需要的精度来选择合适的ADC。

3.2 Labview 图形化编程的实现

Labview 与虚拟仪器有着紧密的联系，使用Labview 进行编程时，基本上不需要编写程序代码，需要做的就是编制出程序流程图，大大增强了程序人员构建工程系统的能力。在其中开发出的程序都成为VI，也就是虚拟仪器，生产的程序文件的扩展名为vi。所有的VI 都包括三个部分：前面板(front panel)、框图(block

diagram)、图标和连接器窗格(icon＆connector pane)。

3.2.1 前面板与框图

前面板是图形用户界面，也是VI 的前面板，在这个界面上有交互式的输入和输出两类对象，也就是控制器和指示器。控制器包括开关、旋钮，按钮和其他各种输入设备，指示器包括图形和其他显示输出对象。本设计的前面板如图2 所示。包括旋钮，表盘和停止按钮。其中旋钮用来设置转速的大小，速度表盘中的指针的抖动能够很直观的模拟转速的变化，能很方便的知道转速的粗略值和当前电动机转速的增减趋势.停止按钮用来结束程序运行。 图2 前面板

框图是定义VI 功能的图形化源代码，在框图中对VI 编程的主要任务就是从前面板上的输入控件获得用户的信息输入，然后进行计算与处理，最后在输出控件和指示器中把处理结果反馈给用户，框图上的编程元素除了包括与前面板上的控制器和指示器相对应的连线端子，还有函数、VI 子程序、常量、结构和连接等等，如果将VI 与标准仪器相互比较，那么前面板就相当于仪器的面板，显示各种信息，而框图就相当于仪器内的功能部件。

本设计将编码器的两路信号A、B 采入，然后检测两路信号的相位差，求得A 超前B(或B 超前A)，也就是作正转、反转判断。之后再检测脉冲信号周期，确定转速n。若假设编码器输出脉冲周期T0，编码器每转输出脉冲数为P，计数器在一定的时间内的计数值为M，则相应的实际转速为：n=60M/T0P(r/min)。因此，在已知编码器每转输出脉冲数P 之后，通过计数器的计数值M 以及测量脉冲周期可计算转速大小。

调用Labview 的信号发生器方波模板产生两个方波信号，其信号频率用随机模板产生，两方波相位差90°。通过测量周期换算其频率，最后显示为产生的频率。模拟仿真信号的程序框图如图3所示。

图3 模拟仿真信号程序框图

可以根据设定采样频率，调整转速大小，程序框图中用一个While 循环体来实现，利用了等待下一个整数倍毫秒(函数) ，可在循环中调用该函数，控制循环执行的速率。同时还对数组进行了操作，例如初始化数组，替换数组等操作。由此实现速度的控制与显示。程序框图如图4 所示。

图4 程序框图

3.2.2 连接器窗格

在Labview 中的子VI 相当于文本编程语言中的函数，过程和子程序，就是可以被其他VI 调用的VI。在编程序的时候可以将任何一个定义了图标和连接器的VI 作为另外一个VI 的子VI进行调用，构造一个子VI 的重要工作就是定义其图标和连接器。

3.2.3 Labview 与数据采集卡的通信

多路模拟信号通过数据采集卡的多路开关进行选择，以分别每一时刻对哪路模拟信号进行采集，然后进过信号放大器对信号进行放大，增大其强度，然后再经采样保持电路(S/H)进行信号保持，以维持其顺利的进行A/D 转换［7］。A/D 转换器的输出信号即为脉冲信号，可以被读入到Labview 中。

4 结语

通过对转速检测技术的研究，对目前转速传感器的工作原理及使用范围，优缺点等方面有了进一步的了解，虚拟仪器的开发与应用大大减少了利用硬件仪器所带来的诸多问题，为实现智能化的检测技术带来了新的突破。从传感器送来的脉冲信号经数据采集卡采集数据，利用虚拟仪器的图像化编程语言Labview 实现转速的实时监控与显示，该系统与实际运行情况相符，直观方便。

参考文献

［1］ 周路平.虚拟仪器实现直流马达转速检测的研究与开发.上海交通大学，2007.8.

［2］ 张起超.电动机转速检测的Labview 程序设计.宿州学院学报，2005.12.

［3］ 邹翔，孙肖子.基于图形化编程语Labview 虚拟仪器的方法［J］.现代电子技术，2003，(1)：36-38.

［4］ 周求湛.虚拟仪器与Labview 7 Express 程序设计［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2004.

［5］ 邓焱，王磊. Labview 7.1 测试技术与仪器应用［M］.北京：机械工业出版社，2004. ［6］ 侯国章.测试与传感技术［M］.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000.123-134.

［7］ 赵负图.现代传感器集成电路［M］.北京：人民邮电出版社，2000.267-293.

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使用LabVIEW进行电机控制实现电机的速度和位置控制

使用LabVIEW进行电机控制实现电机的速度和位置控制

使用LabVIEW进行电机控制实现电机的速度和位置控制

LabVIEW是一种功能强大的图形化编程环境，被广泛应用于各种工程领域中，包括电机控制。本文将介绍如何使用LabVIEW进行电机控制，实现对电机的速度和位置控制。

一、LabVIEW概述

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是由美国国家仪器（National Instruments）公司开发的一款图形化编程环境。其特点是可视化、易学易用，拥有许多强大的图形化编程工具和函数库，可以帮助工程师和科学家快速进行系统设计、数据采集、信号处理等工作。

二、LabVIEW中的电机控制

1.速度控制

要实现电机的速度控制，首先需要连接一个编码器或旋转传感器来获取电机的转速信息。在LabVIEW中，可以使用DAQmx函数库中的函数来获取传感器的信号，并通过PID控制算法实现精准的速度控制。

在LabVIEW中创建一个新的VI（Virtual Instrument），然后从函数面板中选择相应的DAQmx函数，如"DAQmx Create Channel"来创建用于接收编码器信号的虚拟通道。接着，可以使用"DAQmx Read"函数获取传感器的转速信号。最后，通过编写PID控制算法，使用"PID.vi"函数来实现电机的速度控制。 2.位置控制

要实现电机的位置控制，需要连接一个位置传感器，如光电编码器或磁编码器，并通过反馈控制算法实时检测电机的位置，并根据设定值进行控制。在LabVIEW中，可以使用Encoder和PID函数库来实现电机的位置控制。

在LabVIEW中创建一个新的VI，然后在函数面板中选择Encoder函数库中的函数，如"Initialize Encoders"来初始化编码器。接着，使用"Read Encoder"函数实时读取电机的位置信息，并通过PID控制算法计算出控制信号。最后，在输出端连接电机控制器，将控制信号发送给电机进行位置控制。

阐述基于LabVIEW的电机转速测控

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。最后将得到过调整、处理的信号波形进行分析。3）程序由桌面显示.在计算机程序上处理完后，一系列数据都会在程序的前面板上显示。

基于 LabV IEW 的转速与扭矩测试系统设计

基于 LabV IEW 的转速与扭矩测试系统设计

基于 LabV IEW 的转速与扭矩测试系统设计

袁东磊;黄庆学;李昕涛;同育全;申宝成

【摘 要】针对某3机架钢管轧机主轴的力学测量问题，采用扭矩传感器、通用的PC I板卡、计算机及L ab-VIEW软件等来构建测试系统，测定主轴转速、扭矩和实时功率。研究了通用PCI板卡的DLL连接方式以及系统构建中的软硬件设计，设计出具有实时测量、数据记录等功能的测量系统。该系统具有明显的成本优势，且通用性强，可应用于其他旋转机械的转速和扭矩测量。%For the

measurement of a three frame pipe-mill spindle’s mechanics

parameter ,a test system con-sist of torque sensor ,general PCI data

acquisition card ,computer and LabVIEW software was built to test ro-tating speed ,torsional moment and real-time mechanical power .The

method of using Dynamic Link Library to connect to general PCI data

acquisition card and the design of software-hardware was studied .This

system realized the functions of real-time measurement ,data logging .It

has obvious advantage of cost and was so highly optimized for general use

that it can be used to other rotating machinery to test rotating speed and

基于Labview的变积分数字化PID调速运动控制系统研究

基于Labview的变积分数字化PID调速运动控制系统研究

基于Labview的变积分数字化PID调速运动控制系统研究

控制系统过程中，积分增量不变。而系统对积分项的要求是，系统偏差大时积分作用应减弱甚至全无，而偏差小时则应加强。积分系数取大了就会产生超调，甚至积分饱和，取小了又迟迟不能消除静差。因此，如何根据系统偏差大小改变积分速度，对于提高系统的品质是很重要的。

考虑到控制系统的稳定性与精确性，调速模块控制器采用变积分数字PID控制算法，可以较好地解决系统的品质问题。

变积分PID的基本思想是改变积分项的累加速度，使其与偏差大小相对应：偏差越大，积分越慢，反之越快。为此设置系数f(e(k)),它是速度误差e(k)的函数。当 增大时，f减小，反之增大。变积分的PID积分项表达式为：

系数f与偏差当前值 的关系可以是线性的或非线性的，可以设为

f的值在[0，1]区间内变化，当|e(k)|差大于所给分离区间A+B后，f=0，不再对当前值e(k)进行继续累加；当偏差|e(k)|小于B时，加入当前值e(k)，即积分项变为 ，与一般的PID积分项相同，积分动作达到最高速度；而当偏差|e(k)|在B与A+B之间时，则累加计入的是部分当前值，其值在0~|e(k)|之间随|e(k)|的大小而变化，因此，其积分速度ui在 和 之间。变积分PID的算法为[4]。

这种算法对A、B两个参数的要求不精确，参数容易整定。系统中电枢控制式直流电机的数学模型为：

式中： 为电动机增益常数； 为电动机时间常数；

根据直流电动机的数学模型(4)式和变积分PID算法表达式(3)式以及其系数表达式(2)可以编写MATLAB程序，放入MATLAB节点模块中。

3 系统硬件结构

系统硬件由数据采集卡、驱动模块、电动机、速度传感器、位置传感器、电流传感器等六部分组成。图中虚线内部分为计算机，其中速度调节和位置调节以互换方式作用。系统的硬件组成结构如图1所示。

3.1数据采集卡

本系统中有三路输入，一路输出。根据这个要求，本系统采用凌华的一款通用多功能数据采集卡PCI911DG，该卡具有16路分辨率为12位的模拟输入，一路12位模拟输出，16个数字I/O，可编程输入增益和输入范围可选择。一路模拟输入用于测量电机的转速，1个16位地DI口用于测量电机转过的位移，一路模拟输出用于电机转速控制信号输出。