LabVIEW开发经济高效的多轴运动控制

LabVIEW 开发具有成本效益的多轴运动控制

使用 PC 并行端口驱动电路接口技术开发,无需在 PC 内安装昂贵的插入式运动控制板。 为所介绍的系统开发了 PC 到电机接口和驱动板。 该系统能够使用直流电机控制四个运动轴或使用步进电机控制两个轴。

运动控制是自动化的一个子领域,其中使用某种类型的设备来控制机器的位置和速度。 运动控制是机器人技术和数控机床的重要组成部分。 在基于 PC 的运动控制系统中,PC 执行所有实时运动控制操作,包括反馈回路和多轴协调。

该系统的主要组件包括用于开发应用软件的 PC、用于创建电机要遵循的轨迹、为直流电机输出 ±10V 信号或为步进电机输出步进和方向脉冲的运动控制器、驱动器(放大器) )从控制器获取命令并产生驱动或转动电机所需的电流,并使用反馈设备获取电机位置并将结果报告给控制器,从而关闭运动控制器的回路。

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该系统采用LabVIEW软件和PC并口驱动电路接口技术实现,通过易于集成的LabVIEW软件和测试测量硬件提高了生产效率并降低了成本。 运动控制应用软件是在 PC 上使用 LabVIEW 开发的,通过并行端口和接口和驱动电路 (IDC) 与直流/步进电机通信。

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基于LabVIEW的多轴运动控制系统的主要组成部分如下:

基于 Windows 的计算机

并口接口

接口及驱动电路

发动机

1. 基于 Windows 的计算机

作为工作用户界面,使用基于 Windows 的 PC。 所有运动控制应用软件都是在 PC 上使用 LabVIEW 开发的,并通过并行端口以及接口和驱动电路与电机通信。

2.并口接口

并行端口是计算机上用于连接各种外围设备的接口。 在计算中,并行端口是并行通信的物理接口。 它也称为打印机端口或 LPT 端口,通常作为 25 针母连接器位于 PC 背面。

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对于基于并行端口的运动控制应用,8 位数据通过并行端口接口电缆发送到运动控制接口硬件以控制电机。 要将 8 位数据发送到指定的并行端口,需要端口地址和十六进制代码。

三、接口及驱动电路

接口和驱动板用于将运动控制电机连接和连接到 PC。 为了实现基于PC的多轴运动控制系统,设计并组装了一块IDC板。 开发的 IDC 板能够使用其八个数字输出线驱动/控制四个直流电机或两个步进电机。

4.电机

运动控制是根据速度、距离、负载、惯性或所有这些因素的组合来精确控制物体的运动。 运动控制设计人员总是有两个选择摆在他们面前,是使用“直流电机”还是“步进电机”。 直流电机在速度、重量、尺寸和成本方面始终优于步进电机。 与控制器接口时,直流电机可以做很多事情。 比如可以控制电机的转速,可以控制旋转方向,还可以对直流电机的旋转进行编码,也就是跟踪电机转了多少圈等等。所以可以看出直流电机不亚于步进电机。 另一方面,步进电机经久耐用,结构简单,可靠性高,低速扭矩大。 对于系统的运动控制演示,使用了低速直流/步进电机。 工作中使用的电机规格如下:

直流电机:10 rpm,12V,150mA,齿轮

步进电机:0.9°步进,12V,200mA,4线

如图 6 所示,可以连接和驱动四个 2 线直流电机或两个 4 线步进电机。

系统软件

多轴运动控制系统的应用软件采用图形化编程语言LabVIEW开发。 4轴直流电机运动控制系统和2轴步进电机运动控制系统开发了独立的应用软件。 所开发的运动控制软件简要说明如下:

轴直流电机运动控制软件

对于四轴直流电机运动控制演示模型,每个轴都使用 10RPM、12V、150mA 齿轮直流电机。 为了以恒定速度控制这些电机的位置和方向,应用软件是使用 LabVIEW 开发的。

使用开发的运动控制软件,运动控制轴可以配置为独立或同步运动。 在应用软件的前面板中,轴 1 和轴 2 处于同步运动状态(ON),而轴 3 和 4 处于关闭状态。 在开发的运动控制软件的所有前面板中,驱动电机的逻辑状态“绿色”LED 指示逻辑状态“I”(ON),而“红色”LED 指示逻辑状态“0”(OFF)。 在开发的运动控制系统中,轴位置可以控制在0°到360°的角度范围内,精度为±0.05°。

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也可以使用变速运动控制应用软件来控制直流电机的速度。

2轴步进电机运动控制软件

两轴步进电机运动控制演示模型,每轴采用0.96°步进、12V、200mA、4线步进电机。

为了控制两轴步进电机运动控制系统的位置、方向和速度,开发了基于LabVIEW的应用软件。 使用开发的应用软件,运动控制轴可以配置为独立运动或同时运动。 在应用软件前面板中,轴 1 和轴 2 配置为同步和 CW 方向运动控制。 步进电机每个轴的运动方向可以使用轴方向开关独立设置为顺时针 (CW) 或逆时针 (CCW)。 对于使用步进电机开发的运动控制系统,可以控制0°到360°角度范围内的每个轴位置,精度为±0.05°。

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这是LabVIEW的一个简单应用。 更多开发案例,请访问北京汉文网行官网了解更多。