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摘要：利用永磁同步直线电机（PMLSM）作为驱动的传动装置，省去了中间传动环节而直接产生推力。整个系统装置得到了简化，但各种扰动不经过中间缓冲而直接作用在负载上，而产生推力波动。因此，要想提高PMLSM的伺服控制性能必须对推力波动进行准确的测量，本文使用LabVIEW编程语言，开发了用于对PMLSM的运动控制和推力波动测试的测控系统，在精确控制的同时能够对需要的数据进行准确的测量，避免了测试和控制的分离，系统具有操作简单、运行速度快和测量数据准确等特点。
关键字：LabVIEW 永磁同步直线电机 推力波动
0 引言
由于永磁同步直线电机取消了中间传动环节，使其电机动子与负载直接相连，结构简单，动态响应快。因而在高精度和进给量很小的伺服系统中得到了很好应用。
但是PMLSM的缺点是推力波动大，且推力波动直接作用在负载上[1]。降低了其控制精度，同时也引起了机床的振动和产生噪音。目前，大多数的研究都集中在对推力波动的理论分析和抑制与补偿上，如文献[2]研究了如何通过合理选择极弧系数来减弱推力波动，文献[3～5]分析和研究了推力波动产生的原因以及如何抑制和减弱推力波动。而对如何测量永磁同步直线电机推力波动的文献很少，文献[6]使用C语言编程来设计基于DSP技术和以太网技术的推力特性测试，实现了对推力随着电枢电流变化的测试。本文通过LabVIEW设计了对PMLSM运动控制和推力波动的测试系统，能够很好的实现对运动中推力波动的测试。
1 测控系统的整体设计
永磁同步直线电机推力波动的测控系统实验平台如图1所示。系统主要由力传感器、光栅尺、电机动子、电机定子、砝码、数据采集卡、运动控制器、工控机和台架等组成。
其工作原理是：使用上位机编程软件LabVIEW编写测控用户系统，发送的控制指令通过运动控制器生成控制信号，该控制信号与位置编码器的反馈信号作比较生成电机的PWM驱动信号，该信号很小，不足以驱动电机，PWM驱动信号经数字伺服驱动器进行下一步的变换、放大后驱动电机运动[7]。电机动子上的读数头通过读取光栅尺将电机的位置、速度等数据经过转换而显示在上位机的人机界面上。对于推力波动的测试是将砝码通过滑轮和软绳与电机动子上的力传感器相连，力传感器与数据采集卡连接来实现推力波动的测量。其测控系统的功能树状图如图2所示。
2 运动控制系统设计
为了测量永磁同步直线电机的推力波动，须使电机运动起来。因此就必须有对电机进行控制的系统，本测控控系统中的运动控制系统主要由运动控制器、伺服驱动器和上位机等组成。分为手动操作、程序命令、系统状态和报警功能，其中手动操作用来实现电机的前进、后退、停止和紧急停止等简单的操作；程序命令除了能实现手动操作的简单命令还可以实现电机的复杂运动，如执行运动程序、执行PLC程序、换相更新和与主机通信等功能[8]；系统状态用来显示系统处于运行、停止和故障等的状态，其与报警模块一起来实现对系统的检测和诊断。
控制系统的具体功能和实现如图3控制系统部分后面板所示。
PMLSM推力波动测控系统是基于Windows 7开发的。运动控制系统体系结构Delta Tau 公司提供了PComm32驱动程序，该驱动程序中分类、封装了PMAC与PC机之间的通讯函数，在Windows应用程序中，通过调用安装完驱动生成的PComm32.dll动态连接库便可实现PC机与PMAC的通讯。用户不用直接开发通讯函数，通过Delta Tau公司提供的通讯函数接口就可以直接对硬件进行操作，这给数控软件开发带来很大的方便，且程序便于移植[9]。
测试系统是整个测控系统的重点，因为它能够将我们所需要的数据进行采集和保存，为后续的分析和研究提供数据支持。测试系统包括对运动数据的采集和推力波动数据采集两个方面。
推力波动数据采集主要通过调用阿尔泰数据采集卡提供的库函数实现对数据采集卡的操作。用CreatDevice函数创建一个设备对象句柄，将句柄作为参数传递给InitDeviceAD函数，可以初始化和启动AD设备；将句柄作为参数传递给ReadDeviceAD函数，可以实现对AD数据的批量读取。pADPara是InitDeviceAD函数中的结构体参数，对pADPara参数中的各个成员变量赋值，便可实现对阿尔泰数据采集卡所有硬件的初始化。启动AD设备，用ReadDeviceAD函数反复读取AD数据以实现连续不间断采集。当采集完毕时，用ReleaseDeviceAD关闭AD设备[10]。推力波动数据采集流程如图4所示。
运动数据的采集包括电机位置、速度和位置偏差等的采集。其主要通过PMAC提供的动态链接库函数PmacGetResponseA和PmacDownloadFile，将电机位置指令m162、电机速度指令m166和电机位置偏差指令m164等送到PMAC中，并将返回的数据显示在人机界面上。
测试系统的功能和实现如图5测试系统前面板和图6测试系统部分后面板。
4 运行结果
测试系统初始化时首通道和末通道设为零，接地方式选择为单端接地，输入量程选择为0～+10V，并选择合适的滤波条件。单击运行按钮使系统处于运行状态，点击控制系统上的控制器选择按钮，选择运动控制器，此时电机已经处以使能状态。将运动指令通过发送指令或新建程序传送到PMAC中，根据需要选择数据的显示和保存等。其运行的结果如图7、8所示。
5 结论
由测试结果可知，此测试系统能够完成对运动的精确控制和数据的准确采集，使控制和测试很好的融为了一体。此系统还能够完成在不同的速度、不同的负载下对推力波动的测试和分析。
参考文献
[1] 刘泉.永磁同步直线电机推力特性的静态与动态测试[J].北京信息科技大学学报，2004，29（4）：21-24.
[2] 赵静红，张俊洪.永磁直线同步电机的推力波动分析研究[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2007，31（5）：839-841.
[3] 李庆雷，王先逵，吴丹等.永磁同步直线电机推力波动分析及其改善措施[J].清华大学学报（自然科学版），2000，40（5）：33-36.
关键字：LabVIEW 永磁同步直线电机 推力波动
0 引言
由于永磁同步直线电机取消了中间传动环节，使其电机动子与负载直接相连，结构简单，动态响应快。因而在高精度和进给量很小的伺服系统中得到了很好应用。
但是PMLSM的缺点是推力波动大，且推力波动直接作用在负载上[1]。降低了其控制精度，同时也引起了机床的振动和产生噪音。目前，大多数的研究都集中在对推力波动的理论分析和抑制与补偿上，如文献[2]研究了如何通过合理选择极弧系数来减弱推力波动，文献[3～5]分析和研究了推力波动产生的原因以及如何抑制和减弱推力波动。而对如何测量永磁同步直线电机推力波动的文献很少，文献[6]使用C语言编程来设计基于DSP技术和以太网技术的推力特性测试，实现了对推力随着电枢电流变化的测试。本文通过LabVIEW设计了对PMLSM运动控制和推力波动的测试系统，能够很好的实现对运动中推力波动的测试。
1 测控系统的整体设计
永磁同步直线电机推力波动的测控系统实验平台如图1所示。系统主要由力传感器、光栅尺、电机动子、电机定子、砝码、数据采集卡、运动控制器、工控机和台架等组成。
其工作原理是：使用上位机编程软件LabVIEW编写测控用户系统，发送的控制指令通过运动控制器生成控制信号，该控制信号与位置编码器的反馈信号作比较生成电机的PWM驱动信号，该信号很小，不足以驱动电机，PWM驱动信号经数字伺服驱动器进行下一步的变换、放大后驱动电机运动[7]。电机动子上的读数头通过读取光栅尺将电机的位置、速度等数据经过转换而显示在上位机的人机界面上。对于推力波动的测试是将砝码通过滑轮和软绳与电机动子上的力传感器相连，力传感器与数据采集卡连接来实现推力波动的测量。其测控系统的功能树状图如图2所示。
2 运动控制系统设计
为了测量永磁同步直线电机的推力波动，须使电机运动起来。因此就必须有对电机进行控制的系统，本测控控系统中的运动控制系统主要由运动控制器、伺服驱动器和上位机等组成。分为手动操作、程序命令、系统状态和报警功能，其中手动操作用来实现电机的前进、后退、停止和紧急停止等简单的操作；程序命令除了能实现手动操作的简单命令还可以实现电机的复杂运动，如执行运动程序、执行PLC程序、换相更新和与主机通信等功能[8]；系统状态用来显示系统处于运行、停止和故障等的状态，其与报警模块一起来实现对系统的检测和诊断。
控制系统的具体功能和实现如图3控制系统部分后面板所示。
PMLSM推力波动测控系统是基于Windows 7开发的。运动控制系统体系结构Delta Tau 公司提供了PComm32驱动程序，该驱动程序中分类、封装了PMAC与PC机之间的通讯函数，在Windows应用程序中，通过调用安装完驱动生成的PComm32.dll动态连接库便可实现PC机与PMAC的通讯。用户不用直接开发通讯函数，通过Delta Tau公司提供的通讯函数接口就可以直接对硬件进行操作，这给数控软件开发带来很大的方便，且程序便于移植[9]。
测试系统是整个测控系统的重点，因为它能够将我们所需要的数据进行采集和保存，为后续的分析和研究提供数据支持。测试系统包括对运动数据的采集和推力波动数据采集两个方面。
推力波动数据采集主要通过调用阿尔泰数据采集卡提供的库函数实现对数据采集卡的操作。用CreatDevice函数创建一个设备对象句柄，将句柄作为参数传递给InitDeviceAD函数，可以初始化和启动AD设备；将句柄作为参数传递给ReadDeviceAD函数，可以实现对AD数据的批量读取。pADPara是InitDeviceAD函数中的结构体参数，对pADPara参数中的各个成员变量赋值，便可实现对阿尔泰数据采集卡所有硬件的初始化。启动AD设备，用ReadDeviceAD函数反复读取AD数据以实现连续不间断采集。当采集完毕时，用ReleaseDeviceAD关闭AD设备[10]。推力波动数据采集流程如图4所示。
运动数据的采集包括电机位置、速度和位置偏差等的采集。其主要通过PMAC提供的动态链接库函数PmacGetResponseA和PmacDownloadFile，将电机位置指令m162、电机速度指令m166和电机位置偏差指令m164等送到PMAC中，并将返回的数据显示在人机界面上。
测试系统的功能和实现如图5测试系统前面板和图6测试系统部分后面板。
4 运行结果
测试系统初始化时首通道和末通道设为零，接地方式选择为单端接地，输入量程选择为0～+10V，并选择合适的滤波条件。单击运行按钮使系统处于运行状态，点击控制系统上的控制器选择按钮，选择运动控制器，此时电机已经处以使能状态。将运动指令通过发送指令或新建程序传送到PMAC中，根据需要选择数据的显示和保存等。其运行的结果如图7、8所示。
5 结论
由测试结果可知，此测试系统能够完成对运动的精确控制和数据的准确采集，使控制和测试很好的融为了一体。此系统还能够完成在不同的速度、不同的负载下对推力波动的测试和分析。
参考文献
[1] 刘泉.永磁同步直线电机推力特性的静态与动态测试[J].北京信息科技大学学报，2004，29（4）：21-24.
[2] 赵静红，张俊洪.永磁直线同步电机的推力波动分析研究[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2007，31（5）：839-841.
[3] 李庆雷，王先逵，吴丹等.永磁同步直线电机推力波动分析及其改善措施[J].清华大学学报（自然科学版），2000，40（5）：33-36.