基于LabVIEW的傳動實驗臺系統設計

鄒學文 李偉聰 楊勇

摘 要：為改善傳動試驗臺的使用性能，進一步提高傳動實驗臺的可操作性，實現快速測試不同傳動機構性能和方便用戶使用，提出了基于LabVIEW的傳動實驗臺系統設計。本論文是設計一套可快速測試不同傳動機構的傳動實驗臺系統，系統通過生成圖表和報表的方式，記錄實驗數據，以方便后續查閱。系統可根據實際實驗需要，快速添加所需的功能。

關鍵詞：傳動實驗臺；LabVIEW；報表

近年來，隨著虛擬儀器技術的發展和普及，越來越多的人在使用NI公司的LabVIEW軟件，LabVIEW以開發快、易上手、兼容性強等特點收到廣大用戶的喜愛。

1 系統設計

1.1 系統組成

本系統是基于LabVIEW的傳動實驗臺系統，通過控制電機的轉動和加減載，并實時采集不同情況下的輸入、輸出的轉速和轉矩，界面手動記錄不同情況下的數據，最后將記錄的數據生成聲稱曲線圖和報表。由硬件結構和上位機系統組成上位機軟件用LabVIEW編程軟件和NI DAQx模塊編寫，上位機與下位機通過USB線連接，從而采集信號和控制傳動實驗臺。硬件結構由傳動實驗臺，NI ELVIS 變頻電機、電腦等組成。

1.2 硬件結構

硬件結構主要由1個變頻器、1個變頻電機、2個轉速轉矩傳感器、1臺NI ELVIS II、1個磁粉制動器，1種傳動機構，1臺電腦、1個電器控制柜組成。變頻電機控制電機的轉動，是傳動實驗臺的動力系統，磁粉制動器控制制動裝置加減載，以模擬現實中的載荷；轉速轉矩傳感器采集一路轉速信號和一路轉矩信號，傳動機構可以根據需要更換，常見的有：斜齒圓柱齒輪減速器、擺線針輪減速器、蝸桿減速器、V型帶傳動。

1.3 上位機軟件設計

上位機軟件通過接收NI ELVIS設備采集的轉速轉矩信號，通過數據處理得到即時的轉速和轉矩，并通過編寫的數據記錄程序將數據記錄下，通過報表功能可生成檢測報表。

1.3.1運動控制

上位機PC通過USB接口與NI ELVIS儀器連接，使用DC POWER SUPPY+25電壓端輸出電壓經過sc-400變頻器處理后輸入給三相電機，從而達到穩定地改變三相電機的遠動狀態；DC POWER SUPPY+6電壓端輸出0-8A的穩定電流，從而穩定地達到CZ-5控制磁粉制動器的制動效果。

1.3.2數據采集

數據采集是NI ELVIS設備與轉速轉矩連接并將采集數據上傳到PC端，PC端通過信號處理得到即時轉速轉矩的過程。兩個傳感器共產生4路數據信號：2路轉速和2路轉矩。PC端將接收的信號通過中值濾波器處理得到穩定的數據波形，通過測量波形的周期映射為頻率。通過下面3條公式測出即時轉速和轉矩：

1.3.3報表生成

傳統的實驗數據人們利用紙和筆來記錄數據，傳統的方式效率不高又容易錯誤。本系統在數據記錄完后可以通過生成報表功能將記錄的數據生成word報表，報表包含實驗數據、實驗操作員、實驗時間、實驗報告等信息。

1.3.4系統界面

在完成數據采集與控制和各部分功能后，需要將各部分功能結合起來整合成系統，這里系統合成所用的結構是消息隊列結構，消息隊列結構可以有效的將個部分功能運行獨立運行，充分有效的利用系統資源，防止系統沖突和系統資源使用過大，影響其他功能的使用。同時，消息隊列結構可以方便后期添加對應的功能。

2 總結

本系統在傳動性能測試方面有廣泛的應用，并且有很強的適應性。對于不同的傳動機構，只需更換對應的傳動機構模塊就可繼續使用，系統無需重大修好，上位機不需要修改。后期可通過遠程操作，為廠商提供遠程升級服務，以適應新的生產活動，大大減低了調試時間和難度以及人員的調動。

參考文獻：

[1] 董玉紅，徐莉萍.機械控制工程基礎[M].北京：機械工業出版社，2013，5.

[2] Jeffrey Travis，Jim Kring，喬瑞萍等譯.LabVIEW 大學實用教程[M].北京：電子工業出版社，2008.