基于LabVIEW的矢量控制系统的虚拟仪器平台

虚拟仪器　《电气自动化）２００７年第２９卷第２期　Ｖｉ　ｒｔｕａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　基于ＬａｂＶｌ　ＥＷ的矢量控制系统的虚拟仪器平台　Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｉ　ｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　ＰＩａｔｆＯｒｍ　ｉｎ　Ｖｅｃｔｏｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＬａｂＶｌ　ＥＷ　上海大学自动化系（上海２０００７２）崔红军陈治川　（Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００７２，Ｃｈｉｎａ）Ｃｕｉ　Ｈｏｎｇｊｕｎ　Ｃｈｅｎ　Ｚｈｉｃｈｕａｎ　摘　要：介绍了基于ＬａｂＶＩＥＷ的矢量控制系统中的虚拟仪器平台的实现。该平台通过ＤＳＣ与Ｐｃ机的串口通讯，实现在线修改和显示矢　量控制系统中的参数，实时显示电机的速度和电流波形，省去了测速发电机和示波器，降低了开发成本，提高了系统的实时控制　性能。　关键词：矢量控制ｄｓＰＩＣ３ＯＦ２０１０　串口通讯虚拟仪器　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｉｎ　ｖｅｃｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＬａｂＶＩＥＷ．Ｔｈｅ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｃａｎ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｏｎ—ｌｉｎｅ　ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ａｎｄ　ｄｉｓｐｌａｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｔｏｒ　Ｓ　ｓｐｅｅｄ　ａｎｄ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｗａｖｅｆｏｒｍ　ｗｉｔｈｏｕｔ　ｔｈｅ　ｔａｃｈｏｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ａｎｄ　ｏｓｃｉｌｌｏｓｃｏｐｅ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｓｅｒｉａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｃｏｓｔ　ｉｓ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｏｌｒ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｐｌａｔｆｏｒｍ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖｅｃｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｄｓＰＩＣ３ＯＦ２０　１０　ｓｅｒｉａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ＬａｂＶＩＥＷ　［中图分类号】ＴＭ９２１．５　［文献标识码】Ａ［文章编号】１０００　３８８６（２００７）０２—００５７—０３　１　引言…　ＬａｂＶＩＥＷ语言是美国国家仪器（ＮＩ）公司开发的一种基于图形　程序的编程语言，其名称的含义就是实验室虚拟仪器工作平台　（Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　Ｖｉｔｒｕａｌ　Ｉｎｓｔｕｍｅｎｔｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ　Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ），它主要用在　数据采集分析、仪器控制、工业过程控制、自动化测量与测试等方　面。ＬａｂＶＩＥＷ程序使用虚拟仪器ＶＩ（Ｖｉｔｒｕａｌ　Ｉｎｓｔｕｍｅｎｔｒ）的概念，开创　块，可以通过Ｕ１ＴＸ、Ｕ１ＲＸ引脚进行全双工８位或９位数据传输，　具有奇、偶或无奇偶校验选项，一个或两个停止位；完全集成的具　有１６位预分频的波特率发生器，４级深度的先进先出发送数据缓　冲器和接收数据缓冲器；具有奇偶校验、帧和缓冲溢出错误检测，　支持带地址检测的９位模式，具有用于诊断支持的环回模式；具有　发送和接收中断。通过对ＵＡＲＴ模块的设置，可以很方便的实现单　片机与ＰＣ机之间的全双工异步通讯。　在本系统中主要通过ＲＳ一２３２接口在Ｐｃ机和芯片之间进行双　向通讯，但该控制器的ＵＡＲＴ模块发送和接收的数据只能是逻辑电　平，而ＲＳ　２３２串行接口标准为：逻辑…１’的电压为一３Ｖ～一１５Ｖ，逻　辑…０’的电压为＋３ｖ　＋１５Ｖ，通常采用一１０左右为逻辑…１’，＋１０Ｖ　左右为逻辑…０’，为了能够满足ＲＳ一２３２的通讯协议，在芯片和ＰＣ机　之间用芯片ＭＡＸ２３２ＡＣＰＥ进行电平转换，转换电路如图１。　了“软件就是仪器”的新概念。以ＬａｂＶＩＥＷ为开发平台，利用计算机　的接口设备完成数据的传递，通过计算机的强大软件功能完成数据　分析，最后用显示器显示，从而在软件控制下可以模拟替代传统的　仪器。同时由于ｖＩ的功能是由软件定义的，在不改变系统硬件的情　况下，可以通过软件编程自定义扩充仪器的功能，实现不同的要求，　而且利用该语言编写的模块化程序，具有界面良好、简单、直观，且　易于理解、调试和维护，这些都是传统的仪器所无法比拟的。　在矢量控制系统的调试过程中，需要不断调整ＰＩ调节器的比　例系数、积分系数和防饱和积分系数，通常是每次更改以后就要重　３软件编程　３．１上位机程序设计　如图２首先对串口进行初始化，选择ＣＯＭ１口，波特率为　３８４００，传送数据为８位，偶校验，１位停止位，用一个按钮控制串　口开关。串口初始化后即可向芯片发送数据，图中的脚、Ｉｋｃ、ｌｋｉ、　、新对程序进行编译、烧写，是一个十分繁琐的事情。而通过本平台，　只用一次烧入程序，然后通过串口通讯由ＰＣ机发送数据给芯片实　现在线修改，使调试变得十分方便。通过本平台还可以由Ｐｃ机实时　显示电机的速度和电流波形，省去了传统的测量装置测速发电机和　示波器，大大节约了整个系统的开发成本。程序稍加变动，还可输出　其他参数的值和波形，真正体现了“软件就是仪器”的概念。　ＶＫｃ、ＶＫｉ即为电流和速度ＰＩ调节器的比例、积分、防饱和系　数。５５和ＡＡ分别为一个简单的握手协议，芯片收到５５表示上位　机开始发送数据，收到ＡＡ表示发送结束。　图３为Ｐｃ机的接收程序的一部分，用来接收芯片发送的数　据。首先把图２发送的电流和速度ＰＩ的系数返送回来，并在控制　平台上显示出来，同发送值比较，二者一致时，才能启动电机。电　机启动后程序进入用ＯＫ键控制的循环，反复读取速度和电流值，　并且用波形显示出来，按下ＯＫ键退出程序。由于下位机为１６位　ＥｌｅｃｔｒｉｃａＩ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　Ｉ　５７　２虚拟仪器平台的硬件设计　下位机矢量控制系统使用的芯片是ｄｓＰＩＣ３ＯＦ２０１０，该芯片是　Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司最新推出的面向电机控制的１６位高性能低成本的　数字信号控制器（ＤＳＣ），是一种采用改进型哈佛结构的ＲＩＳＣ器　件，具有ＤＳＰ强大运算能力。该控制器自带异步收发器ＵＡＲＴ模　维普资讯 http://www.cqvip.com

‘电气自动化）２００７年第２９卷第２期　虚拟仪器　Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　数字信号控制器，而串口通讯每次只能发送接收８　位，因此芯片发送过来的数值分高８位和低８位，通　过如下运算：高８位ｘ２５６＋低８位，然后再送入波形　显示模块。　３．２下位机程序设计１３，４１　通过设置ｕｌＭＯＤＥ和ｕｌＳＴＡ进行串口初试化，　设置波特率、校验位等都与上位机一致，指针变量　ｃｏｕｎｔ＝０，ｃｏｕｎｔＩ：０。设置发送使能，发送中断和接收　中断的优先级为５，低于ＰＷＭ中断和故障中断，其中　故障中断优先级为最高级７。发送和接收中断的子程　序流程图分别如图４和图５。　图１硬件电路连接图　图２　Ｉ￣ｂＶ］［ＥＷ的串口初始化和数据发送程序图　图４中断接收子程序　图３　ＬａｂＶＩＥＷ的数据接收程序图　５８　ｌ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　图５中断发送子程序　维普资讯 http://www.cqvip.com

虚拟仪器　Ｖｉ￣ｕａｌｌｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　《电气自动化｝２００７年第２９卷第２期　在接收中断子程序中，按　照规定协议，第一个数据必须　鲁量ｔ．Ｉ　ｌ境　＋口参ｔ勃簟纯：　’醇鼍　摹五遁讯口：　ｃｏＦｎ　蕞符搴：　！ｊ　村　∞∞　为０Ｘ５５，最后一个数据必须　为０ＸＡＡ，否则上位机要重　玎开摹口　囊　靳删挂　窿：｛礴搜鞋　二ｌ　矗鸯位：　８　发，接收的数据暂放在Ｂｕｆ【］　里，在主程序里把Ｂｕｆｆ【］里的　值赋给指定变量。在中断发送　謦此：ｉｉ　…、　＾Ｓ●ａｌ　１０∞　坩　ｌ５０口　美瑚４｛堰出辨ｌ　子程序中，首先把接收到的数　据重新发送回去，和发送的数　值并排显示，然后循环发送速　度和电流值给上位机。　４　ＬａｂＶＩＥＷ测控平　台在矢量控制中的实　际应用　＇ｔ，ｔｔ，，ｃｓ＇　…．　…　ｊ　图６即为ＬａｂＶＩＥＷ操　作平台的实际界面。在矢量　旺　图６基于ＬａｂＶＩＥＷ的矢量控制系统的虚拟仪器平台的界面　■　’　！　：　　！赫　控制中，给定电机的转速为１３００转／分，先空　载启动达到稳定后突加额定负载，在该工况下　分别用虚拟仪器和示波器测电机速度波形和　定子相电流波形如图６和图７所示，其中图７　是示波器显示的测速发电机输出的用电压表　…：　…　：　八；／、：／＼：／＼：／、　八　｜／、；八：／．＼　厂＼　Ｖ　Ｖ　Ｖ　Ｖ＼　／Ｖ　Ｖ　Ｖ＼Ｉ　示的速度波形和电流霍尔传感器用电压表示　的电流波形，二者相比较，波形基本上吻合，证　ｆＪ　　　－　．　：Ｉ　明了该虚拟仪器是可行的。　：　１　。　Ｊ　ｆ　．　５结束语　ＬａｂＶＩＥＷ采用图形编程语言，相对于ＶＢ、　ＶＣ来说非常简单，容易上手。它是一种专用的　虚拟仪器的软件平台，提供了丰富的数据采集、分析和存储库函　Ｍ２０．Ｏｍ■＾　１，０．Ｏ０Ｖ　图７示波器测出的电机的速度波形和定子电流波形　【２］刘君化．虚拟仪器图形化编程语言【Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００３　【３］ｄｓＰＩＣ３０Ｆ　Ｄａｔａ　ｓｈｅｅｔ　Ｍｏｔｏｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　Ｆａｍｉｌｙ，２００４　【４］ｄｓＰＩＣ３ＯＦ２０１０　Ｄａｔａ　ｓｈｅｅｔ－２８一ｐｉｎ　Ｈｉｇｈ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｃｏｎ－　ｔｒｏｌｌｅｒｓ，２００４　数，用它来做测试平台，可以代替硬件测试设备，还可以根据用户　自己的要求定义和设计仪器，真正实现了“软件就是仪器”的概念，　使系统的开发成本也得到了降低。　参考文献　【１］戴敬．ＬａｂＶＩＥＷ基础教程【Ｍ］．北京：国防工业出版社，２００２　【作者简介］崔红军（１９７５一），男，上海大学硕士研究生，研究方向为电力　电子与电力传动。　陈治川（１９５０一），男，上海大学副教授，研究方向为　电力电子与电力传动。　（上接第４３页）　同样，取Ａ　＝０．５，这里＃为小于０．５的值。这样，导致电机效　率偏低的原因是定子损耗。　而影响定子损耗的原因又有很多（前面已列出），可以通过再　次模糊推理来进一步诊断原因。事实上，这两级模糊推理可通　过模糊关系的合成并成一步。设最终的症状异因的模糊集用Ｃ表　一其产生缺陷的原因。该系统在某电机质量检验站投入使用，已成功　对数百台高压电机进行了成功的试验，取得了较好的应用效果。　参考文献　【１］马怀俭电机测试系统集成方法的研究【Ｊ】．巾小型电机，２０００，２７（５）：　４２—４４　【２】能昌信．三相异步电动机综合测试分析装置的研究【Ｊ】．河北建筑科技　学院学报，２００３，２Ｏ（１）：２３～２６　【３］邱四海，王耀南，黄守道等．异步电机智能测试系统的研究与开发【Ｊ］．　示，ｚ为Ｃ的一个隶属度向量。　—　ｃ。令　Ｒ　＝［‘］　则　（５）　Ｚ：ＸｏＲｏＲ　（６）　在本例中，电机效率不合格症状的最终异因是电机定子绕组　中小型电机，２００３，３０（１）：６６—７０　【４］负海涛，陈新强，孙泽昌等．基于虚拟仪器的乍用电机测试平台控制系　统【Ｊ］．机电一体化，２００５（１）：３６—４１　【５］胡虔生，周建华．电机试验诊断专家系统【Ｊ］．东南大学学报，１９９６，２６　（２）：１４２—１４５　电阻大。　５结语　基于模糊专家系统的高压电机智能试验系统是用于高压电机　型式试验和性能测试。通过对电机试验过程的自动控制、试验数据　的智能化处理，从而完成电机的静、动态特性参数的测量和对电机　进行合格评判。针对试验不合格的电机，利用模糊专家系统诊断出　【６］田盛丰．人　智能原理与应用【Ｍ】．北京：北京理］：大学出版社，１９９３　【７】诸静．模糊控制原理与应用【Ｍ】．北京：机械Ｋ＞ｌｋ出版社，１９９５　【作者简介】吴建国（１９５５一），男（汉族），南通大学电气工程学院副教授，　工学硕士，研究方向为智能控制技术。　ＥｌｅｃｔｒｉｃａＩ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　Ｉ　５９