基于MATLAB的步進(jìn)電機(jī)自動化測試系統(tǒng)

肖東岳，李英堂，周 強(qiáng)，陳居現(xiàn)

（1.南陽理工學(xué)院，南陽 473004；2.中國科學(xué)院 近代物理研究所，蘭州 730000；3.山東省勝利油田 勝利發(fā)電廠，東營 257087）

0 引言

應(yīng)用于工程領(lǐng)域的設(shè)備必須先經(jīng)過較長時間的各種工作模式的測試，以便及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，避免造成工程中的重大損失，本文針對將應(yīng)用于工程領(lǐng)域的多臺一體化步進(jìn)電機(jī)，需要設(shè)計(jì)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的自動化測試系統(tǒng)，該測試系統(tǒng)需要滿足多設(shè)備、多模式、長時間、自動化的測試要求。

MATLAB軟件具有文本編程模式和GUI圖形化編程模式，編程方便，功能強(qiáng)大，雖然在矩陣計(jì)算和系統(tǒng)仿真中使用普遍，但在設(shè)備測試領(lǐng)域卻鮮有應(yīng)用，該軟件所具有的強(qiáng)大測試功能并未得到充分認(rèn)識和發(fā)掘，本文嘗試將MATLAB軟件應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)的測試系統(tǒng)中，構(gòu)建相應(yīng)的自動化測試系統(tǒng)，完成測試任務(wù)。

1 步進(jìn)電機(jī)測試系統(tǒng)方案

步進(jìn)電機(jī)作為一種重要的運(yùn)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)逐漸出現(xiàn)了與編碼器和控制器融合為一體化的形式，如圖1所示。其中，控制器為基于DSP的嵌入式控制裝置，通過串口控制，該一體化系統(tǒng)自身構(gòu)成了閉環(huán)控制系統(tǒng)。隨著系統(tǒng)的復(fù)雜化，出現(xiàn)故障的環(huán)節(jié)增加，所以測試工作變得更為重要。本文所測試的一體化步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)型號為FL110STH99-5504A，控制器型號為UIM24108,編碼器型號為HKT2510-201。

該一體化步進(jìn)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的位置控制功能，接口為RS232串行口，操作命令為簡潔的ASCII碼指令，使用方便。

圖1 一體化步進(jìn)電機(jī)外形圖

為了構(gòu)建可同時測試4臺一體化步進(jìn)電機(jī)的測試系統(tǒng)，采用串口服務(wù)器E8008將4臺一體化步進(jìn)電機(jī)連接到測試計(jì)算機(jī)上，見圖2所示。與測試計(jì)算機(jī)的接口為以太網(wǎng)，在計(jì)算機(jī)中通過驅(qū)動軟件的映射，將出現(xiàn)4個新加入的串口，分別對應(yīng)于4臺一體化步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動串口，可以發(fā)送命令和讀入電機(jī)的狀態(tài)信息。

串口服務(wù)器是一種將RS-232/422/485串行接口轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)接口的設(shè)備，它一端帶有8個串行口，可接RS-232或RS422或RS485，另外一端的以太網(wǎng)接口可以連接電腦等以太網(wǎng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)串行設(shè)備和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)互相傳輸。

圖2 步進(jìn)電機(jī)測試系統(tǒng)框圖

2 測試軟件與界面設(shè)計(jì)[3～5]

串行接口應(yīng)用廣泛，MATLAB也提供了一組用于串行通信的函數(shù)[5]，能夠方便地與計(jì)算機(jī)外部的設(shè)備通過串行設(shè)備交換數(shù)據(jù)，本項(xiàng)目正是采用串行通信的方式實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的測試的。主要使用了MATLAB相關(guān)函數(shù)功能，通過串行通信實(shí)現(xiàn)對一體化步進(jìn)電機(jī)的實(shí)時操作，一體化步進(jìn)電機(jī)有一套完整的操作指令集可供使用。

圖3 測試軟件流程圖

MATLAB的編程方式由文本方式（Command Mode）和圖形用戶接口方式（Graphical User Interface:GUI）兩種主要的模式，前者編程快捷，后者操作直觀，本項(xiàng)目分別使用了這兩種方式開發(fā)了測試軟件。文本方式下的軟件流程圖如圖3所示，GUI方式下開發(fā)的操作界面如圖4所示。

本測試軟件根據(jù)設(shè)定的參數(shù)操作步進(jìn)電機(jī)，使其按規(guī)定的方式運(yùn)動，直到完成所設(shè)定的操作次數(shù)為止，如圖3所示的流程圖。

圖4 測試軟件的GUI界面

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的若干需要問題

串口的一旦打開之后就一直被占用，在完成測試退出時必須關(guān)閉，否則下次不能打開。在MATLAB中有2個函數(shù)實(shí)現(xiàn)串口的關(guān)閉和刪除功能，分別是是fclose()和delete()函數(shù)，在程序結(jié)束時最好先后調(diào)用這2個函數(shù)關(guān)閉并刪除相應(yīng)串口。

在MATLAB中還有時鐘函數(shù)clock，可以根據(jù)功能需要使用。

4 結(jié)論

本文基于MATLAB構(gòu)建了針對多臺步進(jìn)電機(jī)的測試系統(tǒng)，完成了測試任務(wù)，相應(yīng)工程經(jīng)驗(yàn)表明基于MATLAB本測試系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）本測試系統(tǒng)整體方案簡潔，構(gòu)建靈活，快速。

2）本測試系統(tǒng)能對多臺設(shè)備進(jìn)行長時間自動化測試，工作效率高。

3）基于MATLAB的測試系統(tǒng)具有文本編程方式和圖形化編程方式，便于滿足多種測試場合。

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