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1、权权 利利 要要 求求 书书1 1一种基于一种基于 labviewlabview 的步进电机驱动系统，这种基于的步进电机驱动系统，这种基于 labviewlabview 的步进电机的步进电机驱动系统包括步进电机系统（驱动系统包括步进电机系统（1 1）和）和 labviewlabview 控制系统（控制系统（2 2） ，其中的步进电机系，其中的步进电机系统（统（1 1）包括直流电源（）包括直流电源（3 3） 、驱动器（、驱动器（4 4）和步进电机（）和步进电机（5 5） ，labviewlabview 控制系统控制系统（2 2）包括）包括 NINI 计算机（计算机（6 6）和）和 NINI 板卡
2、（板卡（7 7） ，其特征在于：所说的步进电机系统，其特征在于：所说的步进电机系统（1 1）的控制信号是由）的控制信号是由 labviewlabview 控制系统（控制系统（2 2）所编程序调节的。）所编程序调节的。说明书说明书技术领域技术领域本实用新型涉及一种机械电器设备本实用新型涉及一种机械电器设备, ,即一种基于即一种基于 labviewlabview 的步进电机驱动系的步进电机驱动系统统. .背景技术背景技术基于单片机或基于工控机的步进电机控制系统都是比较成熟的公知技术基于单片机或基于工控机的步进电机控制系统都是比较成熟的公知技术. .采采用这些技术就可以在比较复杂的外界条件下有效地控
3、制步进电机驱动用这些技术就可以在比较复杂的外界条件下有效地控制步进电机驱动. .在现代社在现代社会中会中, ,我们会发现技术不断的更新我们会发现技术不断的更新, ,而每每更新技术而每每更新技术, ,就相应的要带来更新仪器设就相应的要带来更新仪器设备的问题备的问题, ,这不仅给企业公司带来沉重的资金负担这不仅给企业公司带来沉重的资金负担, ,还对人类社会上的有限的自还对人类社会上的有限的自然资源和人力资源造成不必要的浪费然资源和人力资源造成不必要的浪费. .因此因此, ,导致技术更新迅速导致技术更新迅速, ,而企业应用却相而企业应用却相对落后对落后. .发明内容发明内容本实用新型的目的是本实用新
4、型的目的是: :提供一种既节约成本提供一种既节约成本, ,又方便更新换代的软件技术支又方便更新换代的软件技术支持代替原本仪器的功能持代替原本仪器的功能. .既解约了资源既解约了资源, ,又使技术推广得以简单易行又使技术推广得以简单易行. .上述目的是由以下技术方案实现的：由上述目的是由以下技术方案实现的：由 labviewlabview 提供软件平台提供软件平台, ,设计一种程设计一种程序产成控制信号序产成控制信号, ,由信号控制驱动器由信号控制驱动器, ,驱动步进电机按照程序设定驱动设备驱动步进电机按照程序设定驱动设备. .所说的所说的 labviewlabview 是美国国家仪器公司是美国
5、国家仪器公司( ( NationalNational Instruments,Instruments, 简称简称 NI)NI)于于 8080 年代中期首先提出了基于计算机技术的虚拟仪器年代中期首先提出了基于计算机技术的虚拟仪器(virtual(virtual InstrumentsInstruments，简称简称 VI)VI)概念，把虚拟测试技术带入新的发展时期，随后研制和推出了基于多概念，把虚拟测试技术带入新的发展时期，随后研制和推出了基于多种总线系统的虚拟仪器种总线系统的虚拟仪器. .所谓虚拟仪器，实际上就是一种基于计算机的数字化测所谓虚拟仪器，实际上就是一种基于计算机的数字化测量测试仪器
6、。它采用计算机开放体系结构取代传统的单机测量仪器，能对各种量测试仪器。它采用计算机开放体系结构取代传统的单机测量仪器，能对各种各样的数据进行计算机处理、显示和存储。它可使用相同的硬件系统，通过不各样的数据进行计算机处理、显示和存储。它可使用相同的硬件系统，通过不同的软件就可以实现不同的各种测量测试功能，即软件系统是虚拟仪器的核心同的软件就可以实现不同的各种测量测试功能，即软件系统是虚拟仪器的核心. .所说的程序如下图所说的程序如下图 1,1,程序采用并行设计程序采用并行设计. .程序分为两部分程序分为两部分,a,a 是前面板，是是前面板，是图形化的人机界面，通过操作可以控制调试程序；图形化的人
7、机界面，通过操作可以控制调试程序；b b 是后面板，表示的事前面是后面板，表示的事前面板各个控件之间的逻辑关系。本程序上部分是步进控制信号，用以产生一定幅板各个控件之间的逻辑关系。本程序上部分是步进控制信号，用以产生一定幅值一定频率的方波，下部分采用一个值一定频率的方波，下部分采用一个 whilewhile 循环嵌套一个条件控件，由一个选循环嵌套一个条件控件，由一个选择开关控制方向选择信号。择开关控制方向选择信号。驱动器电气参数是驱动器电气参数是步进电机电气参数是步进电机电气参数是反应式步进电动机的转子齿数反应式步进电动机的转子齿数基本上是由步距角的要求所决定，但是为基本上是由步距角的要求所决
8、定，但是为rZ了能实现了能实现“自动错位自动错位” ，转子的齿数必须满足一定的条件，而不能是任意数值。，转子的齿数必须满足一定的条件，而不能是任意数值。当定子的相邻极为相邻相时，在某一极下若定、转子的齿对齐时，则要求在相当定子的相邻极为相邻相时，在某一极下若定、转子的齿对齐时，则要求在相邻极下的定、转子齿之间应错开转子齿距的邻极下的定、转子齿之间应错开转子齿距的 1/m1/m 倍，即它们之间在空间位置上倍，即它们之间在空间位置上错开错开 360/360/ m m角。由此可得出这时转子齿数应符合下式条件角。由此可得出这时转子齿数应符合下式条件rZ(2-1)(2-1)mKPZrr12式中式中 反应
9、式步进电动机的定子极对数；反应式步进电动机的定子极对数；rPm m电机的相数；电机的相数； K K正整数正整数图图 2 21 1 三相步进电动机的展开图三相步进电动机的展开图从图从图 2-12-1 给出的步进电动机定、转子展开图中可以看出：当给出的步进电动机定、转子展开图中可以看出：当 A A 极面下的定、极面下的定、转子齿对齐时，转子齿对齐时，B B 极和极和 C C 极极面下的齿就分别和转子齿相错三分之一的转子齿极极面下的齿就分别和转子齿相错三分之一的转子齿距，即距，即 33。 从图从图 2 21 1 中可以看到，若断开中可以看到，若断开 A A 相控制绕组而由相控制绕组而由 B B 相控
10、制绕组通电，这时相控制绕组通电，这时电机中产生沿电机中产生沿 B B 极轴线方向的磁场。同理，在磁阻转矩的作用下，转子按顺时极轴线方向的磁场。同理，在磁阻转矩的作用下，转子按顺时针方向转过针方向转过 33使定子使定子 B B 极面下的齿和轮子齿对齐，相应定子极面下的齿和轮子齿对齐，相应定子 A A 极和极和 C C 极面下极面下的齿又分别和转子齿相错三分之一的转子齿距，依此，当控制绕组按的齿又分别和转子齿相错三分之一的转子齿距，依此，当控制绕组按 A-B-C-AA-B-C-A顺序循环通电。顺序循环通电。 转子就沿顺时针力向以每转子就沿顺时针力向以每拍转过拍转过 33的方式转动。若改变通的方式转
11、动。若改变通电顺序，即按电顺序，即按 A-C-B-AA-C-B-A 顺序循序通电，转子便沿逆时针方向同样以每拍转过顺序循序通电，转子便沿逆时针方向同样以每拍转过33的方式转动。此时为单三拍通电方式运行。的方式转动。此时为单三拍通电方式运行。采用三相单双六拍通电方式运行，即按采用三相单双六拍通电方式运行，即按 A-AB-B-BC-C-CA-AA-AB-B-BC-C-CA-A 顺序循环通电，顺序循环通电，步距角也减小一半，即每拍转子仅转过步距角也减小一半，即每拍转子仅转过 1.51.5。由以上分析可知，步进电动机。由以上分析可知，步进电动机的步距角的步距角的大小足由转子的齿数的大小足由转子的齿数、
12、控制绕组的相数、控制绕组的相数和通电方式所决定，和通电方式所决定，rZm它们之间存在以下关系它们之间存在以下关系（2 22 2）CmZro360式中通电状态系数，当采用单拍或双拍方式时，式中通电状态系数，当采用单拍或双拍方式时，C C1 1；而采用单、双拍方；而采用单、双拍方式时，式时，C C2 2。若步进电动机通电的脉冲频率为。若步进电动机通电的脉冲频率为( (即每秒的拍数或每秒的步数即每秒的拍数或每秒的步数) )，f则步进电动机的转速为则步进电动机的转速为（2 23 3）CmZfnr60反应式步进电动机是利用磁阻转矩使转子转动的，是我国目前使用最广泛反应式步进电动机是利用磁阻转矩使转子转动
13、的，是我国目前使用最广泛的步进电动机型式。同一台步进电动机，因通电方式不同，运行时的步距角的步进电动机型式。同一台步进电动机，因通电方式不同，运行时的步距角也是不同的。采用单双拍通电方式时，步距角要比单拍通电方式时减小一半。也是不同的。采用单双拍通电方式时，步距角要比单拍通电方式时减小一半。在实际使用中，单三拍通电方式由于在切换时一相控制绕组断电而另一相控制在实际使用中，单三拍通电方式由于在切换时一相控制绕组断电而另一相控制绕组开始断电容易造成失步，此外，由单一控制绕组通电吸引转子，也容易使绕组开始断电容易造成失步，此外，由单一控制绕组通电吸引转子，也容易使转子在平衡位置附近产生振荡，故运行的
14、稳定性较差，所以很少采用。通常将转子在平衡位置附近产生振荡，故运行的稳定性较差，所以很少采用。通常将它改为它改为“双三拍双三拍”通电方式。通电方式。附图说明附图说明图图 1 1 是前面板步进电机正传设置；是前面板步进电机正传设置；图图 2 2 是前面板步进电机反转设置；是前面板步进电机反转设置；图图 3 3 是前面板步进电机高速运转设置；是前面板步进电机高速运转设置；图图 4 4 是前面板步进电机低速运转设置；是前面板步进电机低速运转设置；图图 5 5 是后面板步进电机正传程序；是后面板步进电机正传程序；图图 6 6 是后面板步进电机反转程序；是后面板步进电机反转程序；图图 7 7 是实施例的
15、工作原理图；是实施例的工作原理图；图图 8 8 是实施例的连线图是实施例的连线图; ;图图 9 9 是驱动器连线图是驱动器连线图; ;图图 1010 PCIPCI PXI-6281PXI-6281 PinoutPinout图图 1111 SCB-68SCB-68 图图 1212 原理图原理图 1 1图图 1313 原理图原理图 2 2具体实施方式具体实施方式实施例实施例: : 这种基于这种基于 labviewlabview 的步进电机驱动系统包括步进电机系统（的步进电机驱动系统包括步进电机系统（1 1）和）和labviewlabview 控制系统（控制系统（2 2） ，其中的步进电机系统（，其
16、中的步进电机系统（1 1）包括直流电源（）包括直流电源（3 3） 、驱动器、驱动器（4 4）和步进电机（）和步进电机（5 5） ，labviewlabview 控制系统（控制系统（2 2）包括）包括 NINI 计算机（计算机（6 6）和）和 NINI 板卡板卡（7 7）和接线盒）和接线盒(8)(8)，其特征在于：所说的步进电机系统（，其特征在于：所说的步进电机系统（1 1）的控制信号是由）的控制信号是由labviewlabview 控制系统（控制系统（2 2）所编程序调节的。）所编程序调节的。(1)(1)连线连线: :直流电源直流电源(3)(3)接接 220V220V 交流电交流电, ,输出端接驱动器输出端接驱动器(4),(4),驱动器驱动器(4)(4)UVWUVW 三个接线端接步进电机三个接线端接步进电机(5),(5),由接线盒由接线盒(8)(8)分别将步进控制信号分别将步进控制信号和方向信号接
