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文档简介
1、伺服系统虚拟测试平台设计摘 要本设计以虚拟仪器技术为平台,采用虚拟仪器 技术实现伺服系统的性能测试平台设计。本设计由下位机设 计和基于 Labview 的上位机功能分析模块设计两部分组成。 使用 PID 控制算法控制定标参量的计算, 该系统实现了伺服 测试系统稳态性能和动态参数的实时监测,实验结果表明该 测试平台具有可行性。【关键词】虚拟仪器技术 伺服测试系统 PID 控制算法 随着科学技术的发展,伺服系统的技术已趋于成熟,伺 服系统已成为运动控制领域的一个主要发展方向。尤其是高 速、高精度的伺服驱动系统对激光加工、机器人、数控机床 等许多高科技领域的发展起着重要作用。目前,我们还没有 一种有
2、效的测试手段完成对伺服系统的测试分析。虚拟仪器 ( LabVIEW ) 技术由于其强大的数据分析处理功能使信号 分析更加简单,在达到设计要求的同时可以大幅缩短开发周 期。近年来,在工业中应用越来越广泛。本文研究了伺服系 统特性测试要求,采用虚拟仪器技术设计伺服测试平台,实 现了上位机界面与伺服系统的稳态性能和动态参数的实时 监测,并可以实现上位机和伺服系统之间的通信。1 平台组成及设计方案伺服测试平台主要由下位机伺服系统和上位机虚拟仪 器测试分析界面组成。伺服系统采用高速 DSP 作为主控芯 片,通过串口与上位机进行信息交换。上位机采用 Labview 设计,主要完成对系统软硬件的配置和设置,
3、实时监测参数 参量,进行数据分析处理并完成测试数据的存储和记录工 作,为上位机界面的测试提高支撑。伺服系统工作原理:上位机首先等待用户完成软硬件的 设置通过串口向被测伺服系统发出测试信号请求,数据采集 系统完成被测伺服对象的动态和静态数据采集,并将采集到 的数据发送给上位机,进行分析、计算处理和记录等功能。 上位机程序是整个系统的核心,采用图形化语言 Labview8.5 进行编写,能使界面设计更加方便、美观,一目了然。2 测试平台硬件组成测试平台主要由工控机、 DSP 主控电路、数据采集卡和 电源等四部分构成。 将调试好的 Labview 程序植入工控机中。 为了携带方便,工控机采用军工手提
4、式工控机Gpd-800 ,它为用户提供了最多 10 个全长的扩展槽,高亮度液晶显示屏, 系统软件采用 Windows XP sp3 ,此系统软件兼容性能好,稳 定性等方面也比较适合。独特的性能能够适应各种复杂的工 作环境,满足系统技术要求指标。主控芯片采用 TI 公司推出的 Piccolo 微处理器TMS320F28035 ,该芯片可根据需要设为普通 I/O 口、 PWM 口、 A/D 口和外部中断口等;同时该芯片具有丰富的片内资 源,拥有 3个 32位通用定时器、 3个比较器、 1个 SCI、2 个SPI、1个I2C和1个CAN等;综合考虑其处理性能和系 统要求,可以满足系统的要求。 DSP
5、 主控电路产生正弦扫描 测试用的方波激励信号, 由 DSP 产生信号作为伺服系统的位 置、速度和电流的输入信号,将采集的数据通过串口送入上 位机进行数据分析处理。相电流检测采用霍尔传感器完成。数据采集卡采用 NI 公司推出的一个具有 32 位计数器, 内置 8个模拟输入通道, 2个模拟输出通道, 1 2位的数字 I/O, 与 Labview 、 LabWindows?/CVI 和 Visual Studio.NET 的 Measurement Studio 兼容的 USB-6009 数采卡。通过数据采集 卡可以实现由传感器采集的非电量或者电量信号送到上位 机中进行分析处理。3 软件流程设计 测
6、试平台软件由下位机伺服测试功能程序和上位机测 试界面功能两部分构成。测试平台上位机软件采用 Labview8.5 设计,主要包括启动程序、配置参数、系统参数 采集、测试结果分析、串口通信程序以及伺服控制和测试程3.1 下位机功能设计 下位机在完成伺服控制的同时还要完成平台对应的数据采集和数据测试及与上位机通信等功能。其中,测试模块 完成激励信号在伺服系统内的产生位置、时间点的调度等; 而激励产生模块是在主控芯片 DSP 硬件平台下完成各种离 散测试信号的产生,用于时域和频域测试系统时使用;通信 模块设计上主要采用 Modbus 协议实现串口通信,完成下位 机和上位机之间的数据传输。系统中,采用
7、 PID 位置式控制 算法控制定标参量。3.2 上位机测试功能设计 上位机主要接收主机发送的检测数据,并完成对其分析 和显示及计算误差。针对不同的伺服系统,设置发送及接收 帧格式,包括帧长度、帧中各字节内容。 LabVIEW 设计的 测试功能中,主要包括最底层为串口通讯模块,利用 LabVIEW 的 VISA 模块为串口通讯提供底层支持;采用的 Modbus 协议建立与伺服系统的通信规则,实现伺服系统的 控制和测试功能通信;数据处理上采用多循环并行、嵌套事 件结构的方式实现,完成伺服控制和测试功能的规划、相关 测试算法的设计和数据的分析处理等。测试界面通过对话框 引导完成启动设备、 配置参数、
8、 通信测试、 伺服控制和测试、 数据存储和生成报表等流程。4 结论 本文采用虚拟仪器技术实现伺服系统性能测试,该测试 平台可以完成伺服系统动态指标和静态性能监测;被测伺服 系统采用 DSP 作为主控芯片完成底层平台构架。 在该平台下可以实现电压、转矩及电流等参数的精确测量。采用虚拟仪器技术设计的测试界面具有直观、简洁,检测人员操作简单等特点。经过实验,该测试平台检测准确,参数稳定,具有 可行性。参考文献1 秦忆,李叶松,邓忠华,等.现代交流伺服控制系统 M. 武汉:华中理工大学出版社, 1995.2 滕福林, 胡育文, 李宏胜等 .伺服系统性能测试和分析 平台J.电气传动,2011, 41 (1): 45-49.3 沈伟,兰由.伺服系统频率特性测试方法研究J.实验技术与管理, 2011 , 11 ( 11 ): 268-271.4 张重雄,张思维 .虚拟仪器技术分析与设计(第2 版)M. 北京:电子工业出版社, 2012.5 李仕春, 张琳,邵伟 .基于虚拟仪器的轴角伺服系统
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