基于虚拟仪器技术多轴步进电机控制系统

    3. NI 7604 驱动器

    NI 7604驱动器将NI 7354提供的四轴运动控制信号放大，以驱动两相步进电机运转，带动精密电移台运动。该驱动器将运动控制器与特定应用马达、编码器、限位器、用户I/O连接在一起。一根控制电缆连接运动控制器与驱动器，为全部的命令集与反馈信号提供一个通道。

    NI 7604的主要特点：输入电压：115V/23V，2/1A，60/50Hz； 步进放大器：IM481H；每相电流：0.2—1.4A；电源连续输出容量：80W；输入电缆：68芯VHDCI型；输出电压：24V DC；+5V输出：1A。

    4. 运动控制外设 

    两相步进电机4台，四轴精密电移台一套，电移台是滚珠丝杠/螺母驱动结构。系统原理图如图2示。

三、系统工作原理 

    通过上位机（PC机）的数据终端设备设置步进电机的目标位置、加速度、速度和减速度（即发出运动控制任务），NI PCI7354运动控制卡根据设置信息控制电机的运动时间（输出脉冲个数）和方向，即控制卡完成实时运动规划，NI 7604驱动器放大脉冲信号以驱动电机运转。

    在电机运行过程中，控制脉冲的频率f应随时变化以满足电机低速起停及高速运行的需要。脉冲频率由发送数据的波特率（B）决定，每发出一个脉冲需用两个二进制位1和0来构成其高、低电平，所以f＝B/2，通过调整发送数据的波特率可改变所发出的控制脉冲的频率。按常规波特率系列发送数据时所产生的控制脉冲频率变化较大，不能满足电机正常起停及调速的要求，为此计算机需按非标准的波特率发送数据以产生任意频率的控制脉冲。一般在电机起动及停止阶段每发送一个字节调整一次波特率，以使电机起停得尽量平滑。 

四、软件研究与实现

    在系统硬件环节构建完成后，先后逐步完成了单轴直线运动控制、两轴平面运动控制、三轴空间运动控制系统的软件研究与开发。

    控制软件利用LabVIEW 7这种虚拟仪器软件开发平台设计，每个程序分为前面板和框图程序两部分。前面板用于设置控制参数和显示控制过程及结果，框图程序是程序的代码。两轴平面螺旋运动前面板如图3示，两轴平面螺旋运动框图程序（局部）如图4示。

    三轴空间运动的前面板和框图程序（局部）分别如图5、图6所示。

五、结语

    实验效果表明，该步进电机控制系统性能良好，工作可靠。配上多种功能的人机界面后可以实现位置（起点和目标点）、速度、加速度、减速度等的可视化操作和控制，通过改变在线改变负载的目标位置，可以实现位置的精确定位控制，通过在线调整速度和加/减速度的值，可以达到快速调速的目的。目前实现了开环多轴控制，鉴于步进电机的闭环控制，笔者计划进一步研究步进电机闭环控制的多轴运动控制系统。