下载文档原格式
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。
基于LabVIEW的步进电机控制时间：2012-06-08 11:58:30 来源：现代电子技术作者：庄瑞荣，吴先球摘要：为了实现PC机对步进电机的自动调节，设计了基于虚拟仪器技术的步进电机控制方案。
系统采用L298N芯片进行驱动，以LabVIEW作为开发平台，并通过串口实现数据通信。
结果显示，该系统能够很方便地实现步进电机的转速转向控制，而且利用虚拟仪器开发平台LabVIEW编写上位机程序，具有编程简单，控制界面友好，程序可移植性强的特点。
关键词：步进电机；串口；LabVIEW；VISA步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。
它在在工业自动化控制、数控机床、机器人等领域有着广泛的应用。
在远程实验系统中，经常有需要利用步进电机对一些旋钮、位置等进行自动调节。
本文设计了基于虚拟仪器技术的步进电机控制方案。
该方案采用虚拟仪器控制步进电机，编程简单，界面友好，易于更改程序功能，控制灵活性得到了提高。
1 步进电机工作原理步进电机按其力矩产生原理可以分为反应式、永磁式和混合式几种。
本文采用的是反应式二相四线步进电机，定子有两个线圈绕组，设其中一个线圈绕组为A相，另一个线圈绕组为B相。
当给A相绕组通电时，该绕组即产生磁场，转子齿与A相绕组各齿对齐；当给B相绕组通电时，转子齿将与B相绕组各齿对齐，这样，转子就旋转了一个角度。
依次给A 相、B相绕组通电，就可以实现步进电机的旋转，改变通电的顺序(即先给B相绕组通电，再给A相绕组通电)就可以改变电机旋转的方向。
另外，由于步进电机是由脉冲信号进行控制的，给电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。
两个脉冲的时间间隔越短，步进电机就转得越快。
调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。
2 步进电机控制硬件电路2．1 串行接口电路串行接口电路由RS 232串行接口、MAX232芯片和AT89S51单片机三部分构成。
其中，RS 232串行接口用于连接PC的RS 232串行接口，MAX 232芯片用于衔接RS 232串行接口与AT89S51单片机，实现单片机输入／输出的串口信息到PC的串行接口信息的转换，即AT89S51单片机信号的TTL电平到RS 232电平的转换，从而实现二者之间电气特性上的兼容。
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。
利用LabVIEW进行电机控制与调试LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一款基于图形化编程语言的开发环境，广泛应用于科学与工程领域的数据采集、分析、控制以及调试等方面。
本文介绍如何利用LabVIEW进行电机控制与调试，包括步进电机和直流电机的控制方法以及相关调试技巧。
一、步进电机控制步进电机是一种离散控制的电机，通过对电机驱动成组的正向或反向脉冲信号，实现旋转角度的精确控制。
LabVIEW提供了丰富的工具和函数来实现步进电机的控制。
首先，在LabVIEW中创建一个新的VI（Virtual Instrument）文件。
在Block Diagram中选择一个While Loop，并在循环内部添加若干个控制步进电机运动的代码。
例如，可以通过控制单个IO口的高低电平来实现脉冲信号的输出。
使用LabVIEW中的Digital Output模块，将其配置为输出模式，并将其与步进电机驱动器的脉冲接口连接。
然后，在每次循环迭代中，将该IO口的电平设置为高电平，然后延时适当时间，再将其设置为低电平，即可输出一个脉冲信号。
此外，还可以通过使用计数器或定时器模块来生成脉冲信号。
LabVIEW中的Counter和Timer模块可以方便地设置计数器的初值、计数范围以及计数速率。
通过适当的配置和调试，可以实现步进电机的精确控制。
二、直流电机控制直流电机是一种常见的电动机类型，广泛应用于各种机械设备中。
LabVIEW也提供了多种方法来实现直流电机的控制。
首先，在LabVIEW中创建一个新的VI文件。
使用LabVIEW中的Analog Output模块来生成电机驱动信号。
将Analog Output模块与直流电机驱动器的控制端口连接，通过调整模块输出的电压值，可以实现对直流电机的转速和方向的控制。
LabVIEW还提供了PID控制器模块，可用于进一步优化直流电机的控制效果。
基于labview的步进电机控制系统设计作者：范志华刘枫董润坚杨光胡浩康平来源：《农业与技术》2016年第13期摘要：本文以虚拟仪器技术为理论基础，应用labVIEW软件替代硬件电路的方式，实现了步进电机控制系统的设计。
本文详细介绍了利用485串口进行通信，采用labview编程来实现控制步进电机的正、反转的过程。
系统具有良好的软件交互界面和良好的实时性，可以根据需要实时对步进电机运行速度和时间进行设置。
该系统提高了步进电机控制过程的自动化和智能化水平，为步进电机在控制领域的应用，提供了一种简便易行的方法。
关键词：步进电机；labVIEW；控制系统中图分类号：TP273 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20160732006步进电机越来越多运用到众多领域，尤其在现代速度、位置等控制领域中更得到广泛应用。
步进电机的测控系统的设计也在不断的改革创新，已从传统的运用逻辑电路或单片机实现控制向以软件控制为主的方式转变。
通过用LabIEW系统软件编程实现对步进电机的位置控制和速度控制，解决了传统的步进电机控制系统中靠硬件来实现的线路复杂、不易调整的问题，是一种很好的控制方式。
1 labVIEW与步进电机简介labVIEW是一款虚拟仪器开发平台软件，主要应用于数据采集和分析、仪器控制、测试测量等领域。
它应用各种图表、图形符号、连线等方式进行编程，是一种图形化语言。
它的特点是编程方式直观简便、设备驱动程序众多并且是源码级别的、分析和表达功能多种多样。
labVIEW的这些优势使用户在实际应用中能够快捷地构筑自己所需要的控制系统。
步进电机是一种感应电机，不像普通的直流电机和交流电机可以在常规下使用，它必须与相应的控制系统配套使用。
步进电机的运转只与脉冲信号的频率、脉冲数有关，它把双环形电脉冲信号转变成线位移或角位移，即脉冲个数决定角位移量，脉冲频率决定步进电机转动的速度和加速度。
而且位移速度与脉冲频率、角位移量与脉冲数均成正比关系，加上步进电机只存在周期性的误差而没有累积误差等特点，使得在速度、位置等控制领域使用步进电机来控制变得异常简单。
一. 基于LABView的运动控制软件开发的流程LABView是一款应用十分广泛的软件，应用它可以完成许多功能，例如：数值分析、信号处理和设备驱动等。
因此在它的基础上，进行运动控制软件的开发具有十分重要的意义。
通过本实验，我认为基于LABView的开发流程是：确定控制任务→确定控制方法→选择硬件→连接硬件→编制程序框图→调试验证二. 本次试验中所设计的虚拟界面所完成的软件功能本次试验中，我所编制的的程序框图中，采用了while循环。
在while循环中，多次应用了条件结构，层叠式顺序结构，完成程序的大体结构。
调用MPC07的函数，完成具体的控制。
在前面板中，应用了“数值输入控件”，完成在控制过程中数据的输入，应用了“开关按钮”，达到在调试过程中的控制。
总之，虚拟界面完成了调用条件结构，层叠式顺序结构，调用MPC07的函数，对轴的选择，检测，初始化，以及速度的设定，控件的应用。
三. 在LABView的平台上调用MPC07运动控制卡的函数的开发步骤（1）首先必须了解MPC07所提供的函数，其中他提供的库函数德单位和返回值如下：单位●位移（或距离）的单位为P（Pulse），即脉冲数；●速度的单位是PPS（Pulse/sec），即脉冲/秒；●加速度和减速度的单位是PPSS（Pulse/sec2），即脉冲／秒2。
函数返回值运动库中的大多数函数是整型函数，它们的返回意义如下：0 函数执行正确；-1 函数执行错误。
（2）本次试验中主要用到了：int auto_set(void) /自动检测和自动设置控制卡/int init_board（void）/对控制卡硬件和软件初始化/set_conspeed /用来设置一个轴在常速运动时的速度/con_pmove /一个轴以常速做点位运动/con_vmove /一轴以常速连续运动/（3）通过对这些函数的调用，完成了本次试验的一维运动控制。
因此，在在LABView的平台上调用MPC07运动控制卡的函数的开发步骤是：1.了解MPC07所提供的函数。
基于LabVIEW的步进电机控制作者：庄瑞荣吴先球来源：《现代电子技术》2012年第04期摘要：为了实现PC机对步进电机的自动调节，设计了基于虚拟仪器技术的步进电机控制方案。
系统采用L298N芯片进行驱动，以LabVIEW作为开发平台，并通过串口实现数据通信。
结果显示，该系统能够很方便地实现步进电机的转速转向控制，而且利用虚拟仪器开发平台LabVIEW编写上位机程序，具有编程简单，控制界面友好，程序可移植性强的特点。
关键词：步进电机；串口； LabVIEW； VISA中图分类号：TN91134文献标识码：A文章编号：1004373X(2012)04020203LabVIEW based control of stepping motorsZHUANG Rui rong, WU Xian qiu(Institute of Physics and Telecommunication Engineering, South China Normal University, Guangzhou 510006, China)Abstract： In order to control the stepping motor automatically, a LabVIEW based control system for stepping motors was designed. L298N chip is adopted in the system to drive the stepping motors. The data communication between LabVIEW and the microcontroller is executed via serial port. The software and hardware of the system are presented. The experimental results show that this system has a convenient operational interface, and is easy to realize the control of rotate speed and direction.Keywords： stepping motor; serial port; LabVIEW; VISA收稿日期：20110911基金项目：国家自然科学基金资助项目(10575039)步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。
目录摘要 (II)Abstract ....................................................................................................... I II 目录.. (I)第1章绪论 (1)1.1课题研究的意义及现状 (1)1.2论文主要研究内容 (3)第2章步进电机控制系统总体方案设计 (4)2.1步进电机控制系统的方案选择 (4)2.2步进电机控制系统的开发软件选择 (6)第3章步进电机控制系统硬件的设计 (9)3.1概述 (9)3.2硬件的选择 (9)3.3硬件连线 (23)第4章步进电机控制系统软件的设计 (24)4.1软件编程环境的建立 (24)4.2“连续运行”VI的编程 (25)4.3“指定角度运行”VI的编程 (26)4.4主程序的编程 (27)4.5前面板的设计 (32)第5章实验 (34)5.1接线 (34)5.2软件调试 (36)5.3调试过程的总结 (37)结论 (38)参考文献 (39)致谢 (41)附件1 (42)附件2 (51)摘要步进电机作为执行机构，是机电一体化的关键产品之一。
步进电机突出的优点是它可以在宽广的频率范围内，通过改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反转控制等，并且由其组成的开环系统既简单、廉价，又非常可靠，广泛地应用在各种计算机控制的自动系统中。
随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求和应用量与日俱增。
本文研究了步进电机的工作原理，对步进电机控制系统进行了整体方案的设计、硬件的选择及接线；在学习了LabVIEW的基础上，研究了LabVIEW FPGA模块的编程和应用；对PXI-7833R板卡进行了全面的学习，研究了如何使用LabVIEW对FPGA板卡进行编程；通过LabVIEW完成产生频率可调的脉冲信号和布尔信号的程序，经编译后下载到PXI-7833R板卡，以实现步进电机控制脉冲及方向信号的生成；完成了步进电机控制系统的软件设计，包括前面板设计、连续运转和指定角度运转程序以及步进电机启动和停止过程的加减速程序。
收稿日期:2004-06-16作者简介:陈 东(1965-),男,工程师,研究方向为检测技术及仪表。
基于LabVIEW 步进电机PI D 控制系统的设计陈 东,姚成法(西北工业大学航空学院,陕西西安710072) 摘要:文中给出了基于LabVIEW 的步进电机PI D 控制系统的设计方法,着重介绍了程序设计方法。
系统具有良好的软件交互界面,编程简单,控制效果良好,有实际应用价值。
关键词:步进电机;LabVIEW ;PI D 控制中图分类号:TP273 文献标识码:B 文章编号:100020682(2005)0120048202The design of PI D control system based on LabVIEW for step motorCHE N D ong ,Y AO Cheng 2fa(College o f Aviation ,Northwestern Polytechnical University ,Shaanxi Xi ’an 710072,China ) Abstract :This paper presents the method of PI D control system based on LabVIEW for step m otor ,the method of program design is described ,the system has fine s oftware interface and practical application value.K ey w ords :step m otor ;LabVIEW ;PI D control0 前 言 步进电机是工业过程中一种能够快速启动、反转和制动的执行元件。
其功能是将电脉冲转换为相应的角位移或直线位移。
步进电机的运转是由电脉冲信号控制的,其角位移量与脉冲数成正比,每给一个脉冲,步进电机就转动一个角度(步距角)。
基于LabVIEW的步进电机控制庄瑞荣;吴先球【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)004【摘要】In order to control the stepping motor automatically, a LabVIEW-based control system for stepping motors was designed. L298N chip is adopted in the system to drive the stepping motors. The data communication between Lab VIEW and the microcontroller is executed via serial port The software and hardware of the system are presented The experimental results show that this system has a convenient operational interface, and is easy to realize the control of rotate speed and direction.%为了实现PC机对步进电机的自动调节,设计了基于虚拟仪器技术的步进电机控制方案.系统采用L298N芯片进行驱动,以LabVIEW作为开发平台,并通过串口实现数据通信.结果显示,该系统能够很方便地实现步进电机的转速转向控制,而且利用虚拟仪器开发平台LabVIEW编写上位机程序,具有编程简单,控制界面友好,程序可移植性强的特点.【总页数】3页(P202-204)【作者】庄瑞荣;吴先球【作者单位】华南师范大学物理与电信工程学院,广东广州510006;华南师范大学物理与电信工程学院,广东广州510006【正文语种】中文【中图分类】TN911-34【相关文献】1.基于LabVIEW的步进电机控制系统设计 [J], 李进杰;高伟2.基于labview的步进电机控制系统设计 [J], 范志华;刘枫;董润坚;杨光;胡浩;康平3.基于LabVIEW的步进电机控制系统研究 [J], 刘飞;杨文焕;谢双4.基于Labview与微控制器步进电机控制系统设计 [J], 王庐山5.基于Proteus与LabVIEW的步进电机控制系统仿真设计 [J], 孙凯利;王海峰;崔宜梁;李蒙;孙中义因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
4 仿真实验4.1 步进电机的控制4.1.1 步进电机运行系统的连线对于步进电机的控制程序主要在于编程控制轴的转动（PLS+/PLS-）和轴的正反向转动（DIR+/DIR-）,在这里我们对于步进电机驱动器的连接方法采用共阳极接法，如图4.1。
图4.1 共阳极接法PLS+和DIR+要共同连接在数据采集卡的+5V接口上，PLS-和DIR-分别连接数据采集卡的随意两个通道，在这里我们选择了P0.0和P0.1这两个通道。
本次试验我们使用的步进电机的型号是YH57BYGH56-401A,它的步距角是1.8°，相电流为2.8A。
这个步进电机有四条接线，需要分别连接步进电机驱动器的A+/A-、B+/B-的端口，需要步进电机的阴阳极分别接入驱动器的阴阳极端口。
对于分辨接线接入驱动器是否正确，我们可以将其中两根线的金属外部用手捏在一起，转动步进电机的轴，如果很难转动那么说明这两根线可以接入A+/A-或B+/B-的接口中，如果顺利转动则需换线继续尝试知道难以转动。
驱动器需要接入电源运行，+V接入+25V,GND接地，如图4.2。
这个部分具体的运行过程就是电脑控制程序给数据采集卡一个连续脉冲信号，由采集卡传递到驱动器的DIR端口，再通过DIR-来输出到步进电机，从而导致步进电机轴的转动。
图4.2 步进电机驱动器端口当驱动器的灯是红色时说明出现故障需要及时排查，电机轴失去自锁力。
绿灯亮起则可以正常工作。
4.1.2 步进电机驱动器的设置驱动器的设置主要是通过驱动器右侧8个上下拨动开关键来控制，SW1、SW2、SW3控制电流大小，SW4控制选择静态半流（OFF）或静态全流（ON），剩下的SW5到SW6是决定驱动器的细分程度，如图4.3。
图4.3 驱动器的细分细分是控制精度的标志，通过增大细分能改善精度。
细分能增加电机平稳性，通常步进电机都有低频振动的特点，通过加大细分可以改善，使电机运行非常平稳。
细分驱动模式具有低速振动极小和定位精度高两大优点。
工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald69DOI：10.16660/ki.1674-098X.2005-5453-8697基于Labview与微控制器步进电机控制系统设计①王庐山(湖北工业职业技术学院智能工程学院 湖北十堰 442000)摘 要：Labview是一款非常优秀的图形编程开放平台，很容易设计出非常好的上位机软件，可以在多个平台上运行。
微控制器可以很方便地进行底层驱动的设计。
本文将两者融合，开发Labview与微控制器步进电机控制系统，可以实现Labview上位机对步进电机的转速、方向进行全方位的控制，从而实现远程控制。
经实际运行，系统能够较好地控制步进电机，可用于上位机对步进电机控制场合。
关键词：Labview 步进电机 微控制器 远程控制 上位机中图分类号：TP273.5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2020)09(c)-0069-03Design of Stepping Motor Control System Based on Labview andMicrocontrollerWANG Lushan(School of Mechanical and Electrical Engineering,Hubei Industrial Polytechnic, Shiyan,Hubei Province, 442000 China)Abstract: Labview is a very excellent graphic programming open platform. It is easy to design a very good upper computer software, which can run on multiple platforms. The microcontroller can easily design the bottom driver. In this paper, the integration of the two, the development of Labview and microcontroller stepper motor control system, which can achieve the upper computer Labview stepper motor speed, direction of all-round control, so as to achieve remote control. After practical operation, the system can control the stepping motor better, and can be used in the upper computer to control the stepping motor.Key Words: Labview; Stepper motor; Microcontroller; Telecontrol; Upper monitor①作者简介：王庐山（1975—），男，汉族，湖北十堰人，本科，讲师，研究方向为嵌入式应用开发。
电子技术• Electronic Technology92 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering【关键词】LabVIEW NI-cDAQ9188步进电机 位置控制1 概述LabVIEW 是NI 公司研发的一种用于虚拟仪器设计的图形化编程软件， 现已被广泛用于工业自动化控制和测试领域。
DAQmx 是NI 公司的一套与LabVIEW 兼容的数据采集驱动，集成了丰富的应用程序编程接口（API ）和VI 函数等开发工具。
步进电机是一种使用数字脉冲信号控制转轴进行机械角位移的电机，数字脉冲的频率和数量决定了电机的转速和转角。
步进电机是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，由于其控制方式简单、运行可靠，在各种工业控制场合已得到广泛的应用。
本文控制系统硬件主要基于NI-cDAQ9188机箱搭建，使用数字输出模块完成对步进电机驱动的信号输出，使用数字输入模块检测运行限位开关状态，使用通讯模块完成对绝对值编码器实时数值的读取。
运动执行器由步进电机、滑块和导轨组成，电机通过传动齿轮和皮带带动滑块在导轨上做往复运动。
2 系统组成本系统组成如图1所示。
计算机机作为系统的上位机运行虚拟仪器软件，并通过以太网与NI-cDAQ9188机箱进行数据交换；机箱上挂载的NI9472用于向步进电机驱动发送方向和脉冲信号以控制步进电机运动；NI9425用于实时检测导轨上的限位开关状态，以确保滑块只在导轨的安全行程内运行；绝对值编码器与步进电机为同轴安装，用于实时检测步进电机转动角度，即滑块位置；NI9862模块则用于与编码器通讯，周期地查询后者的当前数值。
2.1 NI数据采集设备本试验系统选用了NI 公司的NI-基于LabVIEW 及DAQmx 的步进电机位置控制系统设计文/谢利军 郑庆华cDAQ9188机箱、NI9472数字输出模块、NI9425数字输入模块和NI9862 CAN 接口模块。
基于LabVIEW的步进电机测控系统设计摘要：文章采用虚拟仪器控制技术，用2M656驱动器驱动一步进电机，通过NI公司的USB-6251数据采集卡采集增量式编码器的转速信号，上位机运用LabVIEW图形编程语言设计步进电机的测控系统。
文章的设计为步进电机测控系统寻找了一种方便灵活的设计思路，也使得步进电机的测控系统变得结构简单、运行高效。
关键词：步进电机；LabVIEW；测控系统随着步进电机越来越到多地运用到众多领域，步进电机的测控系统的设计也在不断的改革创新。
步进电机的控制以数字I/O接口卡作为硬件基础，采用软件程序来实现步进电机的同步精确运动控制。
这种控制方法的关键是软件程序，软件程序的好坏将决定是否能实现步进电机的控制。
本文采用虚拟仪器技术，完成了步进电机的测控系统设计。
1 系统总体方案设计及原理1.1 总体方案设计在整个系统中，用24 V的直流电源为步进电机驱动器以及步进电机进行供电，基于LabVIEW编写程序，利用数据采集卡产生脉冲来驱动步进电机。
整个系统的原理框架如图1所示。
1.2 系统原理电机测速是利用增量式光电编码器，光电转换原理输出三组方波脉冲A、B 和Z相，A、B两组脉冲相位差90°，从而可方便地判断出旋转方向，而Z相为每转一个脉冲，用于基准点定位。
将增量式编码器产生的脉冲通过数据采集卡采集出来，根据增量式光电编码器的工作原理将采集到的数据利用LabVIEW进行处理。
电机转速的控制则是根据步进电机的工作原理，直接控制驱动脉冲的频率进行转速控制。
最后便是将数据采集卡采集到的数据进行存储在计算机中，以此来方便随时可以查看。
1.2.1 数据采集模块本文选用2M656作为步进电机驱动器，2M656为一款等角度恒力矩细分型驱动器，驱动器电压直流24，50 V，适配电流在6 A以下、外径57～86 mm的各种型号的二相混合式步进电机。
在本次设计中，增量式光电编码器选用的型号GDZ38-100ABZ0G，可以将电机的转速信号转化成脉冲信号进行测量。
基于LABVIEW的步进电机控制系统硬件结构基于LABVIEW的步进电机控制系统硬件结构虚拟仪器是通过编制不同的测试软件来构成任何一种仪器，而不是某几种仪器.例如激励信号可先由微机产生数字信号，再经D/A变换产生所需的各种模拟信号，一块DAQ卡可以完成A/D转换、D/A转换、数字输入输出、记数器/定时器等多种功能，再配以相应的信号调理电路组件，即可构成能生成各种虚拟仪器的硬件平台，现在的虚拟仪器硬件系统还扩展了和各种仪器的接口，例如BG、VXI总线仪器、PC总线仪器以及带有RS-232接口的仪器或仪器卡，虚拟仪器与传统仪器最大的不同之处，就在于应用的灵活性上.虚拟仪器是用户自己定义的，用户可以将各种计算机平台、硬件、软件和附备件结合起来，组装成所需要的应用设备。
它的界面和功能与真的仪器十分相似，一个LabView程序有交互式用户接口，数据流框图，和图表连接端口组成，各部分的功能如下：1、前面板可以包含旋钮，刻度盘，开关，图表和其他界面工具，允许用户通过键盘或鼠标获取数据并显示结果;LabView程序从数据流框图接受指令;LabView程序模块化特征。
一个vi既可以作为上层的独立程序，也可以作为其他程序的子程序。
当一个LabView程序作为子程序，称为subvi。
LabView程序图表和连接端口的功能就像一个图形化参数列表，可以在LabView程序和subvi之间传递数据。
2、每块运动控制卡可以控制四个步进电极，可以采取开环或闭环，可以控制加速度和减速度，可以是速度控制，位置控制，或者是以一步为单位进行控制，方便灵活.3、要控制多于四块的运动控制卡只需要多插一块运动控制卡4、用于不同的控制用途只要改变一下控制框图即可.正是因为上述的原因，LabView最佳的实现了模块化编程思想，用户可以根据自己的需要选择系统配置。
LabVIEW 控制步进电机的并口通讯研究摘要：本文给出了基于LabVIEW 控制步进电机的方法, 讲述了控制系统的构成, 通过和其它控制步进电机方法的对比, 可以看出并口通讯的优势。
系统具有良好的软件交互界面, 编程简单, 运行高效, 有实际应用价值。
关键词：LabVIEW；步进电机；并口通讯1 前言在步进电机控制系统设计中, 传统的设计方法是用逻辑电路或单片机实现步进电机控制, 但由于线路复杂而且制成后不易调整, 所以存在一定的局限性。
后来采用虚拟仪器图形化编程软件压来控制步进电机, 硬件结构上变得十分简洁, 软件上编程简单, 而且有较好的人机交互界面, 根据不同的要求可随时调整控制方式。
与现在国内普遍采用的控制电机方式一用通过运动采集卡来控制步进电机相比, 本文采用的计算机并口作为连接机和步进电机驱动器的通讯媒介来传输脉冲信号的方式, 不仅价格低廉, 而且更加容易推广。
2.系统控制的研究方案2.1系统总体的电气控制结构图步进电机是整个系统运转的动力机构, 驱动控制系统包括两大部分, 一个是步进电机驱动部分,即硬件的驱动部分, 还有一个是机的软件驱动部分, 即用发的软件系统。
这两大部分用计算机并口线打印线接。
并口通讯在整个系统中完成软件和硬件的衔接的工作, 主要用作数据传输、控制以及数据采集等。
控制系统结构图如图所示整个的硬件控制系统是由几个单一功能的模块相互联系而组成的。
将系统模块化, 便得到各个模块在整个系统中所执行的功能。
其中电脑中安装了应用软件, 起控制电机的作用, 将通过算法得出的相应坐标量转换成电机转动量步进电机驱动器起将并口传输过来的脉冲信号进行转换、放大, 然后输送到步进电机, 来最终达到控制步进电机的作用。
2.2技术方案本设计使用的步进电机驱动器的驱动电路是经典的集成块组合电路, 双极性驱动二相永磁步进电机及二相四相合式步进电机。
主控制器采用机控制, 软件采用编写开发。
信号通讯媒介采用并口来实现。
随着机电在工业、农业等领域的广泛应用，步进机电也越来越到多地运用到众多领域。
步进机电是一种将电脉冲信号转换为角位移的机电元件，与其它类型机电相比具有易于精确控制、无积累误差等优点, 它可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反转控制等. 步进电动机必须和驱动控制器配合使用，而不能直接接到交直流电源上工作, 步进机电的控制以数字I／O接口卡作为硬件基础，采用软件程序来实现步进机电的同步精确运动控制。
这种控制方法的关键是软件程序，软件程序的好坏将决定是否能实现步进机电的控制。
本设计采用PC机控制，通过PXI总线与步进机电相连， PC 上的操作界面采用LabVIEW 编写，文中简要概述虚拟仪器技术LabVIEW软件的特点，通过运用LabVIEW 图形编程语言设计步进机电的简单控制系统，介绍虚拟仪器编程的普通过程和方法。
这种用LabVIEW设计的系统具有控制灵便、人机交互性强、界面友好、操作方便等特点。
本系统的设计为虚拟仪器的设计寻觅了一种普遍的方法。
步进机电， LabVIEW，PXI总线步进机电又称为脉冲电动机或者阶跃电动机，它是基于最基本的电磁感应作用，将电脉冲信号转变为角位移或者线位移的开环控制元件。
单片机控制的步进机电广泛地应用于工业自动控制、数控机床、组合机床、机器人、计算机外围设备、照相机，大型望远镜，卫星天线定位系统等等。
随着经济的发展，技术的进步和电子技术的发展，步进机电的应用领域更加广阔，同时也对步进机电的运行性能提出了更高的要求。
传统的步进机电控制系统用PLC或者单片机来控制步进机电,不仅电路复杂,控制精度不高,硬件连接后不易调整、灵便性差,不能实时地满足用户对控制系统的要求。
而且编程也比较难，非专业技术人员不易掌握。
因此，传统的步进机电系统具有很大的局限性，已经不能满足时代发展的需求。
现在的步进机电系统多数选用LabVIEW软件对步进机电进行控制。
LabVIEW(Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench)是一种图形化的编程语言的开辟环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。
LabVIEW是一种程序开辟环境，由美国国家仪器(NI)公司研制开辟。
开辟环境类似于C语言的开辟环境。
使用这种语言编程时，基本上不用写程序代码，取而代之的是流程图或者框图。
它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，有一个完成任何编程任务的通用的庞大函数库。
因此LabVIEW是一个面向最终用户的工具。
用户可以基于对LabVIEW软件比较熟悉的前提下根据自己的需要设计相应的程序以实现相应的功能，以达到设计自己需要的仪器的目的，本系统方案拟用LabVIEW软件对步进机电进行正反转的控制，并且将数据实时显示，以取得良好的控制效果。
以此了解虚拟仪器的开辟过程，为以后虚拟仪器的设计打下一定的基础。
步进机电的系统介绍步进机电是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进机电按设定的方向转动一个固定的角度 (及步进角)。
我们可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时我们也可以通过控制脉冲频率来控制机电转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
在非超载的情况下，机电的转速、住手的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给机电加一个脉冲信号，机电则转过一个步距角。
这一线性关系的存在，加之步进机电惟独周期性的误差而无积累误差等特点。
使得在速度、位置等控制领域用步进机电来控制变的非常的简单。
图 2.1 机电内部结构图图2.2 步进机电的外观图2.1.1现在比较常用的步进机电包括反应式步进机电(VR) 、永磁式步进机电(PM) 、 混合式步进机电(HB)和单相式步进机电等。
1. 反应式步进机电：普通为三相，可实现大转矩输出，步进角普通为 1.5 度，但噪声和振动都很大。
反应式步进机电的转子磁路由软磁材料制成，定子上 有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。
2. 永磁式步进机电：普通为两相，转矩和体积较小，步进角普通为 7.5 度 或者15 度；3. 混合式步进机电： 是指混合了永磁式和反应式的优点。
它又分为两相和五相：两相步进角普通为 1.8 度而五相步进角普通为 0.72 度。
这种步进机电的应用最为广泛，性能最好。
反应式步进机电(Variable Reluctance) 永磁式步进机电(Permanent Magnet) 混合式步进机电(Hybrid)VR 型PM 型HB 型 旋转机电直线机电图2.3 步进机电如图 2.3 所示，步进机电分为转子和定子两部份：1. 定子：由硅钢片叠成的，定子上有 6 大磁极，每 2 个相对的磁极(N， S)组成一对，共有 3 对。
定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线挨次分别与转子齿轴线错开。
0、1/3π、2/3π,(相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以π表示)，即A 与齿 1 相对齐，B 与齿2 向右错开1/3π，C 与齿3 向右错开2/3π，A'与齿 5 相对齐， (A'就是 A，齿 5 就是齿 1)。
2. 转子：由软磁材料制成，其外表面也均匀地分布着小齿,与定子上的小齿相同，并且小齿的大小相同，间距相同。
一. 对齿和错齿图2.4 步进机电转子展开图反应式步进机电的动力来源于电磁力，惟独机电存在错齿现象才干转动。
在电磁力的作用下，转子被推动到最大磁导率的位置，定子小齿与转子小齿对齐的位置，并处于平衡状态，如图 2.2 中的 A 相位置，这种现象被称为对齿。
而对于三相步进机电来说，当某一相得磁极处于最大磁导位置时，此外两相必须处于非最大磁导位置，即定子和转子不对齐位置，这种现象被称为错齿。
步进机电的工作原理图2.5 步进机电三相接线图如图 2.5 所示， U1、V1、W1 接电源，分别有三个开关控制， U2、V2、W2 分别如果给处于错齿状态的相通电，则转子在电磁力的作用下，将向磁导率最大(即最小磁阻位置)位置转动，即向趋于对齿的状态转动。
步进机电是一种感应机电，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成份时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进机电供电，步进机电才干正常工作，驱动器就是为步进机电分时供电的，多相时序控制器。
以反应式步进电机为例：如 A 相通电， B，C 相不通电时，由于磁场作用，齿 1 与 A 对齐， (转子不受任何力以下均同) 。
如 B 相通电， A，C 相不通电时，齿 2 应与 B 对齐，此时转子向右移过1/3π，此时齿 3 与 C 偏移为1/3π，齿 4 与 A 偏移(π -1/3π) =2/3π。
如 C 相通电， A，B 相不通电，齿 3 应与C 对齐，此时转子又向右移过1/3π，此时齿 4 与 A 偏移为1/3π 对齐。
如 A 相通电， B，C 相不通电，齿 4 与 A 对齐，转子又向右移过1/3π 这样经过 A、B、C、A 分别通电状态，齿 4 (即齿 1 前一齿) 移到 A 相，机电转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步(每脉冲)1/3π,向右旋转。
如按 A，C，B，A……通电，机电就反转。
由此可见：机电的位置和速度由导电次数(脉冲数)和频率成一一对应关系。
而方向由导电顺序决定。
无非，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。
往往采用 A-AB-B-BC－C-CA-A 这种导电状态，这样将原来每步1/3π 改变为1/6π。
甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3π 变为1/12π，1/24π，这就是机电细分驱动的基本理论依据。
不难推出：机电定子上有 m 相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1。
并且导电按一定的相序机电就能正反转被控制——这是旋转的物理条件。
工作方式(三相)：1. 单三拍：通电顺序为 A B C ；2. 双三拍：通电顺序为 AB BC CA ；3. 三相六拍：通电顺序为 A AB B BC C CA一．步进机电的驱动：步进机电与其它的机电不同，在使用控制过程中，步进机电必须由环形脉冲，功率放大等组成的控制系统控制。
它的工作原理是利用电子电路，用环形分配器等为步进机电提供多相时序控制电流，用这种电流为步进机电供电。
如图1.6 所示(放大器个数可根据步进机电相数而定)。
图2.6 步进机电驱动图接口部份主要是将各种功能部件相互连接起来，并提供传送信息的公共通信干线。
通常采用一些标准的接口总线连接。
其中 I/ 0 接口加接口设备主要完成被测输入信号的采集、放大、模/数转换。
不同的总线有其相应的 I/0 接口硬件设备。
随着虚拟仪器技术的发展，总线标准也有了很大的变动，从早期的GPIB总线，PCI总线标准串口，到现在的VXI，PXI， IEEl394。
总线标准总是沿着高速化，高兼容性，大功率电源，良好的冷却、抗电磁干扰的方向发展。
目前使用较多的I／O接口总线标准有PCI总线和PXI总线。
下面对这两种总线标准作简要的介绍。
PCI总线(外设互联总线)与传统的总线标准ISA总线(工业标准结构总线)相比，具有更高的传输率(132MB／s)、支持32位处理器、支持DMA、即插即用等优势。
这使之成为目前台式计算机的事实I／0总线标准。
对于基于计算机的测试仪器，PCI总线满足了在插卡和系统存储器中高速传输数据的要求，这为将计算机应用到新的测试仪器提供了很好的途径。
PXI 总线是 PCI 总线在仪器领域的扩展(PCI Extenslons for InstrumentatlOn)，目前尚未成为国际标准。
其最主要的电气规范由 PCI 总线发展而来，同时对电源、空气冷却装置、抗电磁干扰和恶劣环境的结构等做了规范，在底板上定义了多种仪器专用线，包括用于多板同步的触发总线和 10MHz 参考时钟、用于进行精确定时的星形触发总线以及用于相邻模块间高速通讯的局部总线，从而满足测试用户的更高需求步进机电的正反转控制显得比较简单，只需将步进机电的通电顺序颠倒即可。
由前面介绍的步进机电的工作原理可知，现以三相六拍的机电的工作方式为例，若按照 A—AB—B—BC—C—CA—A 的通电顺序给 A、B、C 三相提供输入脉冲，步进机电就沿逆时针方向旋转，每步转过的角度是 1．5 度。
如果想实现步进机电的反向旋转，只需要按照 A—CA—C—BC—B—AB—A 顺序通电即可，这时机电顺时针旋转，从而实现了对机电的正反转控制。
我国步进机电的研究及创造起始于本世界 50 年代后期，从 50 年代后期到60 年代后期，主要是高等院校和科研机构为研究一些装置而使用或者开辟少量产品。
