仪器仪表中的自动化控制及其应用

　　1 自动化仪表方面的概况

　　仪器仪表行业涉及基础科学和应用科学等领域。例如:教学当中进行物理、化学定量分析实验和光学、光电机一体化研究的仪器仪表;环保监测部门对大 气、水、土壤等检测分析的仪器仪表;农牧渔业部门对食品有害成分检验分析的仪器仪表;生物技术部门对基因、药品等综合分析检验所用的仪器仪表;还有工业及 航空制造业上采用的工控仪器仪表等等。总而言之,仪器仪表是现代科技的基础、应用科学领域的核心技术之一;仪器仪表是相关行业发展的“拐杖”或工具,也是 相关行业发展的有力保障[1]。

　　传统的测量仪器主要由三个功能块组成，信号的采集与控制单元，信号的分析与处理单元，结果的表达与输出单元。由于这些功能块基本上是以硬件或固化的软件形式存在，因此，传统仪器的设计复杂、灵活性差，给其发展带来相当的局限性[2]。

　　1971年世界上出现了微处理器以来，计算机技术迅猛发展，带来了仪器仪表产业的巨大进步，仪器仪表在实现过程自动化、测量结果的数据处理、系 统控制等方面取得进展。20世纪90年代，在高准确度、高性能、多功能的测量仪器中基本上都采用了微处理器技术。 随着以知识经济为特征的信息时代的到来，人们认识自动化仪表的观念又进一步更新。当前，国际上自动化仪表与系统正进行着一场新的变革，即仪表的智能化、网 络化、总线化、开放性的新变革[3]。

　　2 步进电机实例测试方法

　　步进电机是将电脉冲信号转化为机械角位移的执行机构。一个电脉冲信号可以驱动步进电机按一定的方向转动一个固定的角度,通过控制脉冲个数来控制 角位移量,可以达到准确定位的目的;同时，控制脉冲频率可以控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。由于步进电机具有精度高、惯性小、工作可 靠、能实现高精度快速开环控制的特点[4],因而步进电机广泛用于汽车仪表指针的控制,生产汽车仪表步进电机的厂家越来越多,要保证电机质量,就需要一套 电机测试系统。

　　电机驱动电路框图见图1。检测系统由信号调理电路、数据采集卡、工控机组成,其框图见图2。检测系统的主要功能是对步进电机的电流、电压信号进 行调理,采集信号、显示波形并分析处理数据,以判断电机运转状态。电机正常运转时,两相绕组的电流、电压波形见图3。图3中两绕组相位变化是由于电机换向 造成的。从波形中可以看出,测试系统的驱动电路能够稳定工作，输出的驱动信号满足要求,未出现毛刺、畸变等现象。电机在细分驱动模式下运转时，电流波形近 似为正弦波形，且电机运转十分平稳、噪声小.由于系统在电机启停时增加了加减速控制,电机不易出现失步、过冲等现象。