东莞理工学院自编教材机电传动控制实验指导——基于DRlab虚拟实验平台王卫平黄泳波李帅编写东莞理工学院机电工程系2007年7月目录实验一实验平台的了解 (2)实验二电器基本元件的认识实验 (6)实验三直流电机特性实验 (8)实验四步进电机传动控制系统实验 (9)实验五直流电机速度调节和方向控制实验 (10)实验六直流电机位置PID控制实验 (11)实验一实验平台的了解一、实验目的1．了解实验平台的基本构成2．了解虚拟仪器实验平台DRlab的工作原理二、实验设备简介1．软件简介DRLab实验室的核心是DRVI可重组虚拟仪器实验平台和DRLink可重组计算机实验平台。

DRVI可重组虚拟仪器实验平台由德普施科技自主研发；DRLink是在DRVI可重组虚拟仪器实验平台的基础上开发德可重组计算机控制平台，具有所有DRVI所具有的优点和特色；DRVI/DRLink实验平台是基于软件总线和软件芯片技术结构，采用软件总线开放结构和COM/DCOM组件的即插即用特性，具有PC开放结构、模块化、组件化的特点，是面向用户的可在线编程、调试和重组的新型虚拟实验技术。

DRVI/DRLink平台实验组建过程没有编译、链接环节，支持软件模块热插/拔和即插即用，系统开发平台和运行平台一体化，实验环节功能可根据需要完全由用户自己设计、定义，而不是仅能由专业开发人员定义。

2．软件功能1）可视化、图形化编程DRVI/DRLink是一个可视化、图形化的支持软件芯片插接的操作平台，该操作平台提供了虚拟仪器软件面包板、软件芯片插件组、快捷工具、嵌入式Web服务器、VBScript脚本语言、浏览器信息栏等功能支持。

如图所示。

2）开放性软件平台为方便进行功能扩展和二次开发，DRLab系列软件平台提供了三重扩展方式：采用VC设计DLL扩展插件，通过添加扩展件的方式添加到“用户定义软件芯片扩展插件组”中使用采用VBScript设计ActiveX扩展插件，通过“扩展件”菜单中的“添加VB ActiveX控件”功能添加到软件平台上使用使用VBScript脚本芯片，用Signal VBScript中的函数进行编程，设计用户自定义芯片，完成特殊功能3）丰富的软件芯片集DRLab系列软件平台提供从操作按钮、信号源、硬件控制、曲线显视到信号分析处理、微积分环节、振荡环节、PID调节环节等共计200个软件芯片，利用这些软件芯片可很方便的搭建各种测试控制环节。

4）形像的虚拟仪器仿真面板使用期DRVI 虚拟仪器平台可以很方便的搭建各种虚拟仪器，比如频谱分析仪、数字滤波器、频率计、双踪示波器、数字万用表、噪声测试仪等等。

3. 运动控制台DRYDC-A型运动控制台的结构如图所示1）电源开关2）电源指示LED3）运动控制卡工作指示LED4）直流电机光电（编码盘）对管5）直流电机光电编码盘/皮带减速传动机构6）直流电机7）步进电机8）涡轮—涡杆减速传动机构9）运动位置指示标尺10）（微动）限位开关A11）电涡流限位开关A12）零位（中心）定位光电对管13）位置指示器14）电涡流限位开关B15）（微动）限位开关B16）直流电机位置反馈机构DRYDCT型运动控制台实验模块是德普施科技为方便机电控制类实验开设而研制的，具有结构合理、使用方便、开设多实验项目的特点。

主体部分DRYDC-B型电机控制台由步进电机、直流电机、涡轮涡杆机构、红外对射式传感器、电涡流与机械限位器、转速测量传感器、直线位移标尺、以及位移测量装置构成，结合运动控制模块（注：运动控制模块集成于电机控制台架中），可完成各类电机及其控制实验。

4. DRMC-B运动控制器各种开球运动系统的控制试验。

5. DRDAQ-USB 型数据采集卡DRDAQ-USB 型数据采集是配套DRLAB 创新实验室（检测技术与传感器实验以及控制原理与控制工程实验室）使用的集成式USB 接口数据采集仪。

数据采集仪与PC 机之间通过专用USB 电缆连接，集软件加密、前端信号采集、信号激励输出、数字输入输出等功能于一体。

采集仪采用配套开关电源供电，提供8通道的模拟信号输入、2通道的模拟信号输出、16路数字输入、16路数字驱动器输出 等功能，12Bit 分辨率，最高400KHz 采样频率。

DRDAQ-USB 型数据采集仪集成在DRMU-ME-C 型综合实验桌内部，在使用过程中，应注意如下事项： 将采集的信号插在指定的通道上，注意接入的信号电平范围：-5V~+5V 。

数据采集仪设计时具有一定的过压保护功能，但长时间过压使用或者短暂高压使用会损坏仪器。

启动开关，实验仪面板上的绿色电源指示灯高亮，数据采集仪处于就绪等待工作状态，启动DRVI 软件，进行联机注册后就可以正常使用。

本采集仪在与DRVI 软件配套使用时，不需要安装额外的驱动软件，插上电源后可直接使用。

6. 综合实验桌综合实验桌是德普施科技开发用于综合传感器、机电测试、控制区工程等课程的综合实验桌，其上可组合七种不同的实验模块，具有组装灵活、切换方便、经济实用等特点。

为充分利用空间、尽可能方便用户，实验桌后部和左下部设计了储藏柜，德普施科技所配置的部分实验台架可以存放在储藏柜中，方便使用和管理。

7. 设备连接DRYDC-A 型运动控制卡使用通用串口线与计算机的口若悬河相接，其电源使用专用5芯接口与DRMU-ME-B 型综合实验桌的电源接口相接。

在使用DRLink 作为实验室的软件平台时，还需要将采集卡通过并口线接入计算机。

（DRMU-ME-B 型综合实验桌内己经安装了信号采集卡，计算机安装在实验桌内的时候己经连接好了并口线，所以，在实验的准备过程中，只需要将串口线和电源线连接到实验桌上即可。

）下图是运动控制台6、信号采集卡与计算机的连接示意图。

为了使用户使用和编程的方便，下表将DRYDC-A型运动控制台部分设备与内部运动控三、实验内容及要求认真阅读实验仪器说明，了解实验平台的基本构成及工作原理；按要求能够快速将实验设备连接起来准备实验。

四、实验思考题试用框图画出实验平台的基本构成。

实验二电器基本元件的认识实验一、实验目的1、了解按钮、限位开关的动作原理。

2、掌握按钮、限位开关在电路中的基本功能及相关电路设计方案。

二、实验说明1、按钮的工作原理：在按下按钮帽令其动作时，首先断开动断触点，再通过一定行程后才接通动合触点；松开按钮帽时，复位弹簧将动合触点分断，通过一定行程后动断触点才闭合。

2、机械式限位开关：行程开关又称限位开关或位置开关，它利用生产机械运动部件的碰撞，使其内部触点动作，分断或切换电路，从而控制生产机械行程、位置或改变其运动状态。

3、电涡流限位开关：三大部分组成：振荡器、开关电路及放大输出电路。

振荡器产生一个交变磁场。

当金属目标接近这一磁场，达到感应距离时，在金属目标内产生涡流，从而导致振荡衰减，以至停振。

振荡器振荡及停振的变化被后级放大电路处理并转换成开关信信号，触发驱动控制器件，从而达到非接触式之检测目的。

为了保护控制台上的零件安全，（微动）限位开关A、B都己接入保护电路当中，当位置指示器运动到两侧的极限位置时，微动开关被触发，保护电路动作并切断运动控制卡的电源。

此时，由于运动控制卡的电源被切断，保存在CPU内部RAM中的实验程序会丢失。

并且只能手动盘动直流电机皮带轮使位置指示器脱离两端的极限位置。

当位置指示器回到正常的位置范围后，运动控制卡重新上电。

电涡流接近开关只有在自动运行时才能起到限位的功能，在手动运行时由于其信号处理电路无法动作，所以不起保护作用。

在DRYDC-A型运动控制台上还安装了辅助手动按钮、自动/手动转换开关等部件，以方便实验。

见下图，其中6是自动暂行动转换开关，用于直流电机的控制方式的切换。

下图是对运动控制台的自简要说明。

1：控制卡运行指示LED；2：手动指示LED；3：自动指示LED；4：正转LED；5：反转LED；6：直流电机自动/手动切换开关；7：PRG（编程）按钮；8：RST（复位）按钮；9：手动正转按钮；10：手动反转按钮三、实验内容与步骤1 .启动计算机，运行DRLinK主程序，开启数据采集仪电源，然后点击DRLlinK快捷工具条上的“联机注册”图标，进行DRLlinK和数据采集仪之间的注册。

2 .切换开关在自动位置，些时，直流电机由运动控制卡控制。

手动正转/反转不工作，但其对应的指标LED会点亮。

3 . 当切换开关在手动位置时，直流电机由手动按钮来控制，用户要根据需要选择直流电动机的运动方向，操作正转/反转按钮，使位置指示器快速移动到指定位置。

4. 手动控制直流电机的时候，由于电机的运作不受运动控制卡的控制，在经过标尺两侧的电涡流限位开关时，不会自动停下。

5. 当运动到极限位置时则会触动微动限位开关使保护电路动作，最后使运动控制卡失电。

6. 切换开关在自动位置，进入实验三的界面，启动电机，让电机正转或反转，让运动到标尺两侧的电涡限位开关附近时，限位开关动作，电机自动以一较低转速向反方向运转。

四、实验思虑题1按钮和刀开关有何不同？2 机械式限位开关和电涡开关原理有何不同？使用场合有何不同？实验三直流电机特性实验一、实验目的1.了解直流电机基本工作原理2.了解直流电机启动转矩的概念及转矩和电压的关系3.了解直流电机转速和电压的关系4.了解电机测速的方法和原理二、实验说明本实验用周边带有小孔的简易光栅盘和光敏管组成测速系统。

当直流电机通过传动部分带动光栅盘旋转时，测速光敏管获得一系列脉冲的信号。

这些脉冲信号通过单片机A/D采样，程序判断和计数。

若设定定时器的翻转时间为T，则有直流电机转速计算公式：n=60·m/(T·N)（rpm）其中：n 为直流电机转速，N为光栅盘孔数，m 为定时器在规定时间内测得的脉冲数，T为定时器翻转时间（单位：秒）下图为实验控制界面，在该界面中示波器显示的时测速的时测速光盘的脉冲波形。

三、实验内容和步骤1.将DRYDC-A运动控制台的电源线和串行通信接口线连接好。

2.打开DRMU-ME-B综合实验台的电源总开关,开关电源的开关,采集仪开关.启动硬件设备。

3.打开计算机,从桌面或者程序组运行DRLinK主程序,然后点击DRLink快捷工具条上的”联机注册”图标,选择”DRLink采集主卡检测”进行注册.4.点击DRLink 快捷工具条上的”文件夹”图标,出现文件选择对话框,在实验目录中选择”直流电机转速测量实验”,并启动该实验。

5.点”开关”开始实验,电机运行方向任意,在”直流机电压设定(mv)”的输入栏中填入欲输出的电压(mv),就可以使电路向直流电机输出电压.如果电压选取合适的话,就可以在”电机转速”栏上观察到电机的运转速度变化(rpm)。

6.改变直流电机运行方向庙宇“的庙宇方向，可以使直流电机运转方向反向。