基于LabVIEW的电机实验系统研究与设计

论文摘要

我国的高等学校特别是理工科学校,教学、科研需要大量的测量分析仪器设备,特别是电子类实验教学,每种仪器都必须配置多套,而且有的仪器设备价格昂贵,因此仪器设备所需投资巨大,一般学校很难满足。传统的教学方法是让学生在教师的指导下进行实际的操作使用,随之而来的问题是教师的工作量很大而很难对所有学生进行指导,既影响教学效果又容易造成仪器损坏。本文应用先进的虚拟仪器技术,在结合国内外电机测试系统的基础上,研究并设计了一套基于虚拟仪器技术的电机实验系统,用于工科实验教学,以提高实验教学水平和教学质量。针对电机实验的主要项目,完成了系统性实验的任务,实现了预期的设计目标,表明所开发的电机实验系统是可行有效的,本文主要研究内容如下:首先,对虚拟仪器的研究现状做了简要介绍,重点介绍了虚拟仪器的软硬件结构及其强大的功能。对基于虚拟仪器技术的电机实验系统的电压、电流信号的测量原理、硬件构成、软件构成等方面进行研究和设计,并根据实际电机实验系统的电气参数的测量要求,完成了基于LabVIEW的电机实验系统的硬件电路和软件解决方案。其次,完成了虚拟仪器硬件——信号调理电路的设计与仿真,以及数据采集卡的设计和开发,并制作印制了电路板。最后,在硬件设计的基础上,完成虚拟仪器软件体系结构设备驱动程序和用户应用程序的设计,完成基于Windows 2000操作系统的数据采集卡驱动程序的设计及其与虚拟仪器开发环境LabVIEW通信的实现;完成性能稳定、操作方便和功能齐全的LabVIEW电机实验应用程序的设计,并调试完成,达到了设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题提出的背景及研究意义
• 1.1.1 问题的提出
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 虚拟仪器的国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2 虚拟仪器的测量原理及系统方案设计
• 2.1 虚拟仪器技术
• 2.1.1 虚拟仪器的基本概念
• 2.1.2 虚拟仪器的特点
• 2.1.3 虚拟仪器的软硬件结构
• 2.2 信号测量原理
• 2.2.1 信号的采样方法
• 2.2.2 采样频率的选择
• 2.2.3 电压、电流的采样及功率的计算
• 2.3 计算机数据采集系统的基本结构
• 2.4 总体方案设计
• 2.4.1 技术参数
• 2.4.2 总体方案的提出
• 3 信号调理电路的设计
• 3.1 信号调理电路板方案设计
• 3.1.1 信号调理电路的一般组成
• 3.1.2 信号调理电路的必要性
• 3.1.3 设计思路
• 3.2 步进电机的信号调理电路设计
• 3.2.1 信号调理电路设计
• 3.2.2 信号调理电路的仿真结果
• 3.3 异步电机的信号调理电路设计
• 3.3.1 隔离变换电路设计
• 3.3.2 整形滤波电路设计
• 4 同步数据采集卡的设计及实现
• 4.1 数据采集卡总体方案设计
• 4.1.1 数据采集芯片的选定
• 4.1.2 数据传送电路方案的选定
• 4.1.3 硬件同步采集方案选择
• 4.1.4 数据读入方式选择
• 4.2 数据采集卡系统组成
• 4.2.1 CPLD 的设计与应用
• 4.2.2 AD7891 模拟数据采集器
• 4.2.3 FIFO 数据缓存器
• 4.2.4 多路开关
• 4.2.5 ISA 总线接口的设计
• 4.3 数据采集卡的编程说明
• 4.4 数据采集卡的操作说明
• 5 实验系统软件设计与实现
• 5.1 软件总体方案设计
• 5.1.1 操作系统选择
• 5.1.2 设备驱动程序开发工具选择
• 5.1.3 用户应用程序方案设计
• 5.2 数据采集卡驱动程序的设计
• 5.2.1 设备驱动程序的基本概念
• 5.2.2 WinDriver 的驱动程序编程模式及特点
• 5.2.3 用 WinDriver 开发数据采集卡的驱动程序
• 5.3 数据采集卡与 LabVIEW 的通信
• 5.4 虚拟仪器软件面板及框图程序设计
• 5.4.1 实验流程
• 5.4.2 主程序前面板及事件结构编程
• 5.4.3 电机实验模块设计
• 5.5 数据存储、回放程序设计
• 6 结论
• 附录
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢