LabVIEW計(jì)數(shù)濾波器在信號(hào)降噪中的應(yīng)用

2.2 LabVIEW 計(jì)數(shù)濾波器的軟件實(shí)現(xiàn)

本文所設(shè)計(jì)的計(jì)數(shù)濾波器就是基于LabVIEW 的虛擬儀器。該計(jì)數(shù)濾波器模板包含許多 子模板(也稱子VI)，其中主要包括以下5 個(gè)子VI:

(1) DAQmx Create Virtual Channel(CI-Frequency).vi創(chuàng)建虛擬通道函數(shù)子VI;

(2) DAQmx Channel Property Node.vi 屬性節(jié)點(diǎn)子VI;

(3) DAQmx StartTask.vi 啟動(dòng)任務(wù)函數(shù)子VI;

(4) DAQmx Read(Counter DBL 1Chan 1Samp).vi 讀取函數(shù)子VI;

(5) DAQmx Clear Task.vi 清除任務(wù)函數(shù)子VI;

后面板應(yīng)用程序搭建如圖2所示。

(1)創(chuàng)建一個(gè)虛擬頻率輸入通道和一個(gè)計(jì)數(shù)沿任務(wù);

(2)建立計(jì)數(shù)器的輸入端并在輸入端上創(chuàng)建對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行濾波的控制程序模塊。All

Functions>>NI Measurements>>DAQmx-Date Acquisition>>Active>>Counter

Input>>Frequency>>Digital Filter>>Minimum pulse width/Enable;

(3)調(diào)用DAQmx Start Task.vi 啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集功能;

(4)通過設(shè)定的Counter DBL 1Chan 1Samp 模式在While Loop 循環(huán)中讀取波形數(shù)據(jù)直至操

作者按下停止按鈕或有錯(cuò)誤產(chǎn)生時(shí)停止;

(5)設(shè)有彈出對(duì)話框提示清除錯(cuò)誤信息及舊任務(wù)等功能。

在運(yùn)行計(jì)數(shù)濾波器LabVIEW 程序?qū)夥甯蓴_信號(hào)進(jìn)行濾波前，首先在脈沖寬度設(shè)定欄 輸入所選的預(yù)置濾波脈寬值,其次在通道設(shè)定欄輸入選定的虛擬通道號(hào)，然后按下濾波矢能 按鈕，再啟動(dòng)整個(gè)程序進(jìn)入濾波狀態(tài)。相關(guān)硬件設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，執(zhí)行濾波器程序，即可得到 基本理想的頻率波形。

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)

3.1測(cè)試系統(tǒng)組成

該測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用于伺服電機(jī)同步/協(xié)調(diào)控制器的設(shè)計(jì)開發(fā)與性能測(cè)試上，由載荷模擬實(shí) 驗(yàn)臺(tái)架、傳感器和數(shù)據(jù)采集卡及實(shí)時(shí)采樣監(jiān)測(cè)軟件組成。

(1)載荷模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)架

實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上安裝有伺服電機(jī)、磁粉制動(dòng)器、慣量盤、傳感器等。為使測(cè)試系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架 工作穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊、便于操作，臺(tái)架的機(jī)械結(jié)構(gòu)經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，將一級(jí)主軸與二級(jí)主軸成 對(duì)角線平行布置，且每軸均采用同步齒形帶進(jìn)行多級(jí)傳動(dòng)。伺服電機(jī)輸出軸上安裝有扭矩傳 感器和高精度編碼器，用于扭矩和位置信號(hào)的采集。通過扭矩傳感器測(cè)量軸上產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈 沖信號(hào)，輸入到數(shù)據(jù)采集卡，采集到的數(shù)據(jù)通過LabVIEW 處理，如對(duì)頻率信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)器 濾波等，得出測(cè)試結(jié)果。

(2)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軟件為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)內(nèi)編寫的專用測(cè)試軟件，可采集位置、速度、轉(zhuǎn)矩等 系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)，并保證多路數(shù)據(jù)的同步性。

3.2 扭矩信號(hào)采集

LabVIEW 計(jì)數(shù)濾波器應(yīng)用于上述系統(tǒng)中由扭矩傳感器輸出的方波信號(hào)的噪聲濾除中。 根據(jù)項(xiàng)目要求，實(shí)驗(yàn)中關(guān)鍵硬件設(shè)備選擇如下：

(1) 扭矩傳感器：選用北京三晶的JN338-A100，轉(zhuǎn)矩準(zhǔn)確度>0.5%，過載能力150%F·S， 測(cè)量范圍10-100Nm，零轉(zhuǎn)矩頻率輸出10KHz，正向轉(zhuǎn)矩滿量程頻率輸出15KHz，反向轉(zhuǎn)矩 滿量程頻率輸出5KHz。該傳感器采用兩組特殊環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器來實(shí)現(xiàn)能源的輸入及轉(zhuǎn)矩信 號(hào)的輸出，能夠測(cè)量穩(wěn)態(tài)扭矩，也能測(cè)量過渡過程的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩;輸出信號(hào)以頻率形式給出。

(2) 數(shù)據(jù)采集卡：選用NI 公司M 系列多功能數(shù)據(jù)采集卡PCI-6221，16 路模擬量輸入，速 率250kS/s,16bit 的分辨率;24 路數(shù)字量輸入/輸出;2 路模擬量輸出，16bit 的分辨率;32 位計(jì)數(shù)器，數(shù)字觸發(fā);附帶DAQmx 驅(qū)動(dòng)。完全滿足轉(zhuǎn)矩測(cè)量和磁粉制動(dòng)器的控制需求。