直线电机运动控制系统的软件设计与实现

第２７卷第３期　・电子测量与仪器学报　ＪｏＵＲＮＡＬ　ｏＦ　ＥＬＥＣＴＲｏＮＩＣ　Ａ伍ＡＳＵＲＥ　ＮＴ　ＡＮＤ　ＩＮｓＴＲＵ　ＮＴ　场，２７　Ｎｏ．３　２６４・　２０１３年３月　Ｄ０Ｉ：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１ｌ８７．２０１３．００２６４　直线电机运动控制系统的软件设计与实现　王海霞颜桂定李宝辉　刘晓燕北京王轶　（北京航空医学研究所第五研究室摘１００１４２）　要：研究并实现了基于ＬａｂＶＩＥＷ的直线电机运动控制系统。以ＬａｂＶＩＥＷ为平台，采用ＲＳ２３２串行通信方式实现上位机与　直线电机控制器的通信，上位机通过预编程模式将电机运动轨迹控制参数和程序发送给电机控制器，采用ＰＩＤ和误差负反馈算　法控制电机的位移和时间，同时从电机控制器中获取这些数据，在可视化界面上以趋势图的方式实时显示。经试验，对位移和时　间控制误差进行了分析，结果显示，位移控制平均误差为一４．２２　ｇｍ，时间控制平均误差为Ｏ．００２　ｍｓ，系统定位跟踪精度高，可用　于需要精密定位或对运动轨迹进行控制的场合。　关键词：ＬａｂＶＩＥＷ；直线电机；位移；时问；ＰＩＤ控制　中图分类号：ＴＰ２７３　文献标识码：Ａ　国家标准学科分类代码：５１０．８０　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｆｏｒ　ｍｏｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｌｉｎｅａｒ　ｍｏｔｏｒ　ＷａｎｇＨａｉｘｉａ　ＹａｎＧｕｉｄｉｎｇ　ＬｉＢａｏｈｕｉ　ＬｉｕＸｉａｏｙａｎ　ＷａｎｇＹｉ　（Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＡｖｉａｔｉｏｎ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１００１４２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｍｏｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｌｉｎｅａｒ　ｍｏｔｏｒ　ｗａｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ　ａｎｄ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＬａｂＶＩＥＷ．Ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ＲＳ２３２　ｓｅｒｉａｌ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ＰＣ　ｃｏｕｌｄ　ｓｅｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｅｃｏｍｐｉｌｅｄ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｔｏｒ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ—　ｌｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｒｅａｄ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｔｉｍｅ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｒｅｇｉｓｔｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｔｈｅ　ａｌｇｏｒｉｈｍ　ｔｏｆ　ＰＩＤ　ａｎｄ　ｎｅｇａｔｉｖｅ　￣ｅｄｂａｃｋ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｈｅ　ｍｏｔｉｏｎ．Ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｌ￣ｔｈｅ　ｇｒａｐｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｃｕｒｖｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｔｉｍｅ　ｗａｓ　ｇｉｖｅｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｗｈｉｃｈ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｂｙ　ＬａｂＶＩＥＷ．Ａｔ　ｌａｓｔ，ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｅｒｒｏｒ　ｏｆ　ｔｈｏｓｅ　ｄａｔａ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍｅａｎ　ｅｒｒｏｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｉｓ－４．２２　Ｂｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｅａｎ　ｅｒｒｏｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｉｍｅ　ｉｓ　０．００２　ｍｓ．　Ｔｈｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｒａｃｋｉｎｇ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｈｉｇｈ，ａｎｄ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｐｒｅｃｉｓｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｒａｃｋｉｎｇ　ｆｏｒ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＬａｂＶＩＥＷ；ｌｉｎｅａｒ　ｍｏｔｏｒ；ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ；ｔｉｍｅ；ＰＩＤ　１　引　言　随着科技的发展和进步，精密位移和精密定位　在许多领域有了重要应用，如精密加工、小型机器　人、微外科手术、定位机构等，在这些应用中，需要　的集成化环境，其结合了简单易用的图形开发环境　及强大的硬件驱动、图形显示能力和高级数学分析　库［９】，因其具有开发周期短，灵活性高等优点，越来　越被从事电机控制领域的工程师所青睐【ｌ　】。　直线电机在定位领域中的应用较普遍，但是　使目标能够精密定位［１。］。直线电机是一种将电能直　接转换成直线运动机械能且不需要任何中间转换结　构的传动装置，定位精度高，系统动态响应性能好，　可直接驱动目标运动，近年来在上述领域中的应用　日益广泛【　｛】。　在运动轨迹跟踪控制方面，特别是任意可表达的　时间一微位移轨迹控制方面的应用还鲜有报道。本　文以直线电机中的音圈电机为驱动装置，介绍了　一种以ＬａｂＶＩＥＷ为上位机开发平台的运动控制系　统，用于控制电机轴按照预设的位移轨迹运动，可　应用于需要精密定位或对负载移动轨迹要求较高　的场合。　ＬａｂＶＩＥＷ是由美国国家仪器公司（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｉｎ－　ｓｔｒｕｍｅｎｔ）推出的一种基于图形开发、调试和运行程序　收稿日期：２０１２．１２　Ｒｅｃｅｉｖｅｄ　Ｄａｔｅ：２０１２—１２　第３期　直线电机运动控制系统的软件设计与实现　２系统控制流程　本系统硬件由上位机、通信单元、电机控制器、　直线电机和负载组成。上位机监控程序采用　ＬａｂＶＩＥＷ编写，通过预编程模式，确定直线电机　轴的移动轨迹，并将该轨迹转换成电机运行程序，　经ＲＳ２３２串行通信接口，发送给电机控制器。电机　控制器内置放大器、处理器和存储器，电机运行程　序经过控制器处理后，直接对直线电机进行控制。　直线电机轴在电机控制器的控制下带动负载按预　编程的位移轨迹运动。上位机在电机运行过程中采　用循环结构，读取电机的当前位移和时间，并以二　维曲线的形式呈现给用户，同时数据以文本格式　保存，以便进行误差分析和处理。系统的硬件结构　如图１所示。　图１系统硬件结构　Ｆｉｇ．１　Ｂｌｏｃｋ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　３软件设计　３．１设计流程　采用状态机［１３１的设计方法，包括初始、处理、结　束３种状态。“初始”状态处理上位机初始信息，如人　机界面初始显示信息等；“处理”状态用于处理按钮的　触发事件；“结束”状态释放程序中使用的资源。在“处　理”状态中，系统按照设定的时序运行。首先确定电　机运行轨迹曲线，该曲线形式多样，可以为任意能　用数学函数表达的曲线，本文以分段直线为例进行　系统构建。由用户采用预编程的方式，给定Ａ、Ｂ、　ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ　６点坐标，软件自动用插值法形成５段　直线。考虑到时间的不可逆性及电机轴的行程范围。　需对６点坐标的有效性进行检验，然后用户按照电　机程序生成、下载、初始化、运行等步骤完成对电　机轴运行轨迹的控制。　３．２软件设计关键技术　ｌ１串口通信　上位机通过ＲＳ２３２串口与下位机电机控制器　进行通信，一方面将电机控制程序和控制指令发　送给下位机；另一方面接收下位机返回的当前位　移和时间数据。ＬａｂＶＩＥＷ提供了相对完善的串口　应用模块ＶＩＳＡｔ　钔，其是一组标准的Ｉ／Ｏ函数库　及其相关规范的总称，可作为上位机与下位机之　间的连接模块。本软件用到了串口操作的４个函　数，分别是ＶＩＳＡ　Ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ　Ｓｅｒｉａｌ　Ｐｏｒｔ串口参数初　始化函数，可用于设置串口通信的波特率、数据　位数、校验方式、停止位数等参数；ＶＩＳＡ　Ｗｒｉｔｅ串　口写函数，向串口缓冲区中写人数据；ＶＩＳＡ　Ｒｅａｄ　串１５读函数，读取串口缓冲区中的数据；ＶＩＳＡ　Ｃｌｏｓｅ关闭串口函数，结束与指定串口资源之间的　会话。　电机运行程序从上层软件写入到串口需要时间，　这个时间长于ＬａｂＶｌＥＷ　２个运行节点的时间，由于　系统对电机程序写入没有实时Ｉ生的要求，所以ＶＩＳＡ　Ｗｒｉｔｅ函数要配合延时语句使用，防止出错。　２）控制算法　给定两点坐标，采用插值法可以构建一条直线，　插值位移间隔　由位移函数ｆ（ｔ）和当前时刻确定，　如式（１）。　ＡＳ＝　一　１：　（　一１＋Ａｔ）一　（　一１）　（１）　式中：　一】为前一时刻，　一】＋△ｆ为当前时刻，△　计　算结果精确到１　ｇｍ。由式（１）可知，电机轨迹控制实　质上是控制电机轴在规定的　时间内移动△　的距　离，将电机的多次运动轨迹连接起来，就形成了电　机时间一位移控制曲线。因此，控制要素有２个，即　位移间隔　和时间间隔△ｆ。　对位移采用带误差反馈的ＰＩＤ算法进行控制，　反馈信号来自于安装在直线电机内部的光栅所传送　的位移信号，光栅的精度为１　ｇｍ，驱动装置为音圈电　机。ＰＩＤ控制框图如图２所示。　…一　疆葡磊……　图２　ＰＩＤ控制图　Ｆｉｇ．２　Ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ＰＩＤ　ｃｏｎｔｒｏｌ　图２中，ｒ为参考位移，Ｘ为实际位移，Ｐ为控　制误差，Ｕ为系统控制信号，本系统使用的是电压　电子测量与仪器学报　第２７卷　信号，ｋ　、　、　分别为比例、积分和微分参数，　Ｇ　）是电机的数学模型【６］，为二阶系统，试验时将　其作为黑匣子处理。带误差反馈的控制器输入输出　读取寄存器中的数据，并将其放至信息队列中，消　费者从信息队列中取出数据进行处理，并在上位机　中显示，两者为并行的两条线程，各司其职，保证了　系统的实时性。　关系为【　］：　：ｋｐｅ＋ｋｉ　。ｆ　：ｅ（ｆ）出　Ｕｆ　（２）　（初始化电机参数）　离散化后可得：　土　ｕ（ｋ）＝　ｅ（尼）＋　ｅ（　）＋ｋｄ［ｅ（尼）一ｅ（ｋ一１）］（３）　ｊ＝ｏ　式中：“（　）和Ｐ（　）分别为第ｋ次采样的计算机输出值　和误差值，系统采样周期取Ｏ．２　ｍｓ。采用阶跃作为系　统的激励信号，经多次试验，确定算法的ＰＩＤ参数分　别为：２５、５０、４００，此时控制系统的静态性能和稳态　性能都较好，稳态精度达士５　ｕｍ，超调量≤１％，截止　频率＞２５０　Ｈｚ。　时间间隔Ａｔ由延时语句完成，根据系统控制　精度的要求，选２５　ｍｓ为时问间隔。由于电机移动　轨迹控制循环内的每句代码都有耗时，所以延时　语句的参数需要将这些因素考虑在内。时钟函数的　最小单位为ｍｓ，若将延时语句的参数设为２５　ｍｓ　与所有语句耗时之差，系统会自动将毫秒后的时　间舍弃，试验发现每运行约１　０００　Ｉｌｌｓ左右就会有１　ｍｓ的累计误差，时间越长累计误差越大。为了弥　补这个误差，程序采用负反馈方式控制时间，输人　为当前循环体除延时语句外的所有语句的耗时，　控制目标为当前循环体延时语句的参数，将前一　循环体运行时间与２５　ｍＳ之差作为当前循环的负　反馈信号，即在本循环中对上一循环的时间进行　动态补偿。此外为防止出现反复补偿现象，在程序　中加入标志位，当标志位为１时对上一循环体的时　问误差进行补偿，为０时不予考虑。后文对试验结　果进行了分析。时间控制流程图如图３所示。其　中，　。为前一循环开始时间值，　为当前循环　开始时间值，　ｄ为当前电机指令执行结束时间　值，　。１　为当次循环延时参数，　ｌ为中间变量，　Ｆｌａｇ为标志位。　３）数据接收与处理　电机控制器每轮询一次电机控制循环体内的程　序，获取到的当前位移和时间数据就会被发送至控　制器寄存器中，在上层软件中采用“生产者——消费　者”模式对这些数据进行接收和处理，“生产者”不断　Ｉ　‘开电机ｌ　时钟计数器置零　、　，　７　＝０，　（ｔ，ｉ１＝Ｏ　ｒＩｄ＝０，Ｆｌａｇ＝０　、．　１　■　７　＝　７　ｎｎ　电机执　ｒ丁位移控制　Ｉ　＝Ｃｌｏｃｋ（）　及参数发送程序　　ｌＴｃ．ｄ＝ＣｌｏｃｋＯ　Ｉ　兀ａ１　￣ｓｔａｎ－－　ｎ一２５　＜　Ｙ　Ｎ＋　＜　１望二三ｕ／　ｔ￣ｙ＝２５一（　１１ｄ一　Ｎ、｝　ＩａｒＩ）一　１　兀　＝ｏ　ｌ　＋　Ｆ￣ｇ＝０　｝　Ｆｈｇ＝ｌ　Ｉ　ｌ　＝ｏ　Ｉ　、　，　Ｉ　关闭电机　／　图３时间控制流程　Ｆｉｇ．３　Ｆｌｏｗ　ｃｈａａ　ｏｆ　ｔｉｍｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　根据电机控制器的设计原理，电机运行代码　和运行过程中产生的数据都以ＡＳＣＩＩ码的形式保　存在电机控制器寄存器中，由上位机发送的命令　帧以“＞”为帧头，以换行符“　”为帧尾，上位机需　接收的信息帧帧头无标志，以换行符为结束标志。　程序运行结束发送标志符“Ｙ”。上位机根据标志符　对寄存器中的信息分别进行处理。处理方式为：首　先判断是否为信息帧，若是则进行后续操作，否则　丢弃；其次判断程序运行是否结束，若未结束，则　对该信息帧进行处理。从串口中接收到信息以字符　为单位，需用“连接字符串”和“字符串转数值”函数　转换成图形显示控件能接收的类型。数据接收与处　理流程如图４所示。　第３期　直线电机运动控制系统的软件设计与实现　：　塑）　王　半口仞始化　　Ｉ坠　垦塑塑Ｊ　Ｉ［墨］　　丝　ｌ　Ｙ＜◇　《Ｎ　◇　［亘函　三二＝　Ｉ　坠型垦堑量Ｉ　［互　夏］　ｌ停『１．读串口　ｌ百］　　［　ｌ丛坠　里　塑　匪　奈　臣丽蒋　Ｊ发送军图形巾——　——　Ｉ　程序处理完毕　图４数据接收与处理流程　Ｆｉｇ．４　Ｆｌｏｗ　ｃｈａｒｔ　ｏｆ　ｄａｔａ　ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ＬａｂＶＩＥＷ程序框图如图５所示。　。　睁　＝二　一岫　’　ｌ　ｌ：＝　～　垤　＝ｊ＝　证磊ｆ＝　坚　＝＝。＝　：∞目　圃　ｌ’Ｉ　图５数据接收与处理程序框图　Ｆｉｇ．５　Ｂｌｏｃｋ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｄａｔａ　ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　３．３人机界面设计　ＬａｂＶＩＥＷ提供了诸多图形化控件，使得软件　界面相当友好。本系统界面分为运行轨迹设置区　和电机运行区。运行轨迹设置区包括６点坐标的　设置、数据有效性检验、理论曲线显示及曲线各　段斜率的计算与显示。电机运行区包括电机程序　生成、程序下载、电机初始化、运行、代码保存　按钮及电机实际运行中的“位移一时间”曲线显示。　各按钮间存在一定的时序关系，编程时按该关系　对按钮进行禁用和启用操作，前置步骤完成后，　相应的操作按钮方可启用，以防止误操作。人机界　面如图６所示。　一甏甏甏慧　唑ｔ　—ｔ。ｇ魏　。－‰。簦　ｆ　一　／　＼　一　ｉ　＼　ｊ　露　—一　　。？　。疆ｌ器４８　ｉ　饕｜蘩　甍／舂　蕊§／　纛　｜　一一　．｜Ｉ　。毒、　ｌ　｜　喃　｜　图６人机界面　Ｆｉｇ．６　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｏｆ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　４结果　设置６点坐标分别为Ａ（Ｏ，０），Ｂ（１００００，ｌＯ），　Ｃ（２００００，１０），Ｄ（２５０００，１５），Ｅ（３５０００，１５），Ｆ（５００００，０），　横坐标表示时间，纵坐标表示位移，时间单位为ｍｓ，　位移单位为ｍｌｎ，经电机程序生成、下载、电机初始　化、运行等操作后，读取实际的电机时间一位移数据，　并与理论数据对比，形成理论曲线与实际曲线的位移　误差图和时间间隔误差图，分别如图７和图８所示。　３０　—　２Ｏ　１０　。　一１０　、－＿２０　．３Ｏ　图７位移误差　Ｆｉｇ．７　Ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｅｌＴｏｒ　１　囊　窿　萎：？　一１　０　５　１０　１５　２Ｏ　２５　３Ｏ　３５　４０　４５　５０　时间／ｓ　图８时间间隔误差　Ｆｉｇ．８　Ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｔｉｍｅ　ｉｎｔｅｒｖａｌ　ｅｒｒｏｒ　从图中可以看出，在１５　ｍｍ行程内，各插值点　的理论位移和实际位移的最大误差不超过￣２０　ｕｍ，　平均误差为一４．２２　Ｉｚｍ，最终定位累计误差为８　ｕｍ。在　５０　Ｓ时间内，各插值点的理论时间与实际时间的最　－２６８・　电子测量与仪器学报　第２７卷　大误差为士ｌ　ｍｓ，约１　０００　ｍｓ产生一次，平均误差为　０．００２　ｍｓ，５０　０００　ｍｓ的时间累计误差为０　ｍｓ。试验结　果表明，采用本文方法所构建的直线电机运动轨迹　控制系统，控制精度高，累计误差小。在实际应用中，　还可将文中的分段曲线更换成任意可用表达式表示　的二维曲线，系统自动根据表达式计算出位移间隔　△‘ＳＴ，并替换程序中的相关参数。　目前，在直线电机位移控制领域，多关注的是　对电机轴的精密定位，因直线电机具备的无中间传　动环节、高频响、高加速度、高速度等特性，使得其　定位精度较高［２．４］，但在运动轨迹控制方面的报道并　不多见，特别是与本研究类似的不仅可进行精密定　位，还可跟踪二维平面内任意可用数学方式表达的　位移轨迹的应用报道更加少之又少。　５　结　论　利用ＬａｂＶＩＥＷ开发的直线电机控制系统，界面　友好，操作简单，用户只需设置轨迹参数即可进行　控制，整个控制过程自动化程度高，试验结果表明　该系统不仅能够很好地实现定位控制，而且可定义　定位速度、定位轨迹，且在快速性、精度和稳定性方　面都较好，实际应用价值较高。　参考文献　［１】　方明星，吴敏，佘锦华．基于等价输入干扰补偿的直流　电机定位控制［Ｊ］＿仪器仪表学报，２００９，３０（９）：　１０８１－１０８６．　ＦＡＮＧ　Ｍ　Ｘ，ＷＵ　Ｍ，ＳＨＥ　Ｊ　Ｈ．Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆＤＣ　ｍｏｔｏｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ｉｎｐｕｔ　ｄｉｓｔｕｒ—　ｂａｎｃｅ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｔｉｉｆｃ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，２００９，　３０（９）：１０８１－１０８６．　［２］　余晓芬，程伶俐，胡佳文，等．大行程纳米二维工作台的　动态优化设计［Ｊ】．电子测量与仪器学报，２０１０，２４（３）：　２８９．２９３．　ＹＵＸＥＣＨＥＮＧＬＬ，ＨＵ　ＪＷ　ｅｔ　ａ１．Ｄｙｎａｍｉｃ　ｏｐｔｉｍｉｚａ－　ｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　ｒｔａｖｅｌ　２－ｄｏｆ　ｎａｎｏ－ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｓｔａｇｅ［Ｊ］．　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，２０１０，　２４（３）：２８９—２９３．　［３］　崔茂振，张昌凡，朱剑．永磁同步电机滑膜调速控制及　其实现【Ｊ】．电子测量与仪器学报，２０１２，２６（１）：８４—９２．　ＣＵＩ　Ｍ　ＺＨ．ＺＨＡＮＧ　ＣＨ　Ｅ　ＺＨＵ　Ｊ．Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＰＭＳＭ　ｓｐｅｅｄ　ｄｒｉｖｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｌｉｄｉｎｇ　ｍｏｄｅ　ｃｏｎ－　ｔｒｏｌ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｎａｄ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，　２０１２，２６（１）：８４－９２．　［４】　刘伟．直线电机在微电子领域中的应用［Ｊ］＿光学精密工　程，２００１，９（４）：３１１－３１４．　ＬＩＵ　Ｗ．Ｌｉｎｅａｒ　ｍｏｔｏｒ’ｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｉｎ　ｌｓａｅｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｔｒｉｍ・　ｍｅｒ［Ｊ］．Ｏｐｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００１，９（４）：　３ｌｌ一３ｌ４．　［５】　谢经明，程立，艾武，等．高响应直线电机控制系统的　研究［Ｊ］．机械与电子，２００４（５）：２９。３　１．　ＸＩＥ　ＪＭ，ＣＨＥＮＧＬ，ＡＩＷ，ｅｔ　ａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｌｉｎｅａｒ　ｍｏｔｏｒ［Ｊ］．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ．２００４（５）：２９—３　１．　［６］　兴连国，周惠兴，侯书林，等．音圈电机研究及应用综　述［Ｊ］．微电机，２０１１，４４（８）：８２．８７．　ＸＩＮＧ　Ｌ　Ｇ　ＺＨＯＵ　Ｈ　Ｘ．ＨＯＵ　ＳＨ　Ｌ．ｅｔ　ａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｖｏｉｃｅ　ｃｏｉｌ　ｍｏｔｏｒＩＪ］．Ｍｉｃｒｏｍｏｔｏｒｓ．２０１　１．　４４（８）：８２—８７．　［７］　邹积浩，朱善安．基于电压预测的直线永磁同步电机直　接推力控制［Ｊ］＿仪器仪表学报，２００５，２６（１２）：１２６２．１２６６．　Ｚ０Ｕ　Ｊ　Ｈ．ＺＨＵ　ＳＨ　ＡＮ．Ｄｉｒｅｃｔ　ｔｈｒｕｓｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｉｎｔｅｒｉｏｒ　ｐｅｒｍａｎｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔ　ｌｉｎｅａｒ　ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　ｍｏｔｏｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｖｏｌａｔｇｅ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｔｉｉｆｃ　Ｉｎ—　ｓｔｒｕｍｅｎｔ，２００５，２６（１２）：１２６２．１２６６．　［８】　刘巍．大推力永磁直线电机驱动控制系统研究与开发　［Ｄ】．武汉：华中科技大学，２０１１．　ＬＩＵ　Ｗ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｄｒｉｖｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｌｒａｇｅ　ｔｈｒｕｓｔ　ｆｏｒｃｅ　ｐｅｍｒａｎｅｎｔ　ｍａｇｎｅｔ　ｌｉｎｅａｒ　ｍｏｔｏｒｓ［Ｄ１．　Ｗｕｈａｎ：Ｈｕａｚｈｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　２０１１．　『９１　１’ＡＮ　Ｋ　Ｋ，ＬＥＥ　ＴＨ，ＬＥＵ　Ｆ　Ｍ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ａ　ｄｉｓｔａｎｔ　ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｕｓｉｎｇ　Ｌａｂｖｉｅｗ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　ＡＥＳ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｍａｇａ—　ｚｉｎｅ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ，２０００，ｌ６（３１：２７３．２８２．　［１０］李瑞先．基于ＬａｂＶＩＥＷ电机控制试验系统的软件设计　及实现［Ｊ］＿山东理工大学学报：自然科学版，２００６，　２０（４）：５２—５６．　ＬＩ　Ｒ　Ｘ．Ｄｅｓｉｎｇ　ａｎｄ　ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｆｏｒ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｍｏｔｏｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｔｅｓｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＬａｂＶＩＥＷ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈａｎｇｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｙｔ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：Ｓｃｉｅｎｃｅ　＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６，２０（４）：５２．５６．　［１１】翟超，龙华伟．在ＬａｂＶＩＥＷ平台下实现步进电机系统　的多通道检测［Ｊ］．中国科学技术大学学报，２００７，３７（６）：　６３６—６４０．　ＺＨＡＩ　ＣＨ．ＬＯＮＧ　Ｈ　Ｗ．Ｍｕｌｉｔ—ｃｈａｎｎｅｌ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｏｆ　ｓｔｅｐｐｉｎｇ　ｍｏｔｏｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｕｎｄｅｒ　ＬａｂＶＩＥＷ’ｓ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ［￣．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｙｔ　ｏｆ　Ｓｃｉ—　ｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ，２００７，３７（６）：６３６．６４０．　［１２］李海燕，郭前岗，周西峰．基于ＬａｂＶＩＥＷ的电机集群　控制系统［Ｊ］．电气传动自动化，２０１０，３２（６）：９－１２．　ＬＩＨ　ＧＵＯＱ　Ｇ’ＺＨＯＵＸＦＣｌｕｓｔｅｒ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍｆｏｒ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＬａｂＶＩＥＷ　．Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｄｒｉｖｅ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，２０１０，３２（６）：９．１２．　［１３】杨乐平，李海涛．ＬａｂＶＩＥＷ高级程序设计［Ｍ］．北京：　清华大学出版社，２００３：５００—５２０．　ＹＡＮＧ　Ｌ　ＬＩ　Ｈ　ＬａｂＶＩＥＷ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ　ｄｅ—　ｓｉｎｇ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｔｓｉｎｇｈｕａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｙｔ　Ｐｒｅｓｓ，２００３：５００－５２０．　［１４］行鸿彦，黄敏松．基于ＬａｂＶＩＥＷ虚拟仪器的心电信号采　集系统的设计【Ｊ】．电子测量与仪器学报，２００８，２２（５）：　１０７一ｌ１１．　ＸＩＮＧ　Ｈ　Ｙ　ＨＵＡＮＧ　Ｍ　Ｓ．ＥＣＧ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ－ｏｎ　ＬａｂＶＩＥＷ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃ—　ｒｔｏｎｉｃ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｎａｄ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ，２００８，２２（５）：１０７－ｌ１　１．　［１５］ＫＡＲＬ　Ｊ　Ａ，ＲＩＣＨＡＲＤ　Ｍ　Ｍ．自动控制：多学科视角［Ｍ］．　尹华杰译．北京：人民邮电出版社，２０１０：２３５－２５０．　第３期　直线电机运动控制系统的软件设计与实现　・２６９・　ＫＡＲＬ　Ｊ　Ａ，ＲＩＣＨＡＲＤ　Ｍ　Ｍ．Ｆｅｅｄｂａｃｋ　ｓｙｓｔｅｍｓ：ａｌｌ　ｉｎ－　ｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｄｅｆｅｎｓｅ　ｉｎ　２００６，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＮＯＷ　ｓｈｅ　ｉｓ　ａｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒ　ｉｎ　ｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｓｃｉｅｎｔｉｓｔｓ　ａｎｄ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ［Ｍ］．ＹＩＮ　Ｈ　Ｊ，ｔｒａｎｓ－　ｌａｔｅｄ．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｐｏｓｔｓ　ａｎｄ　Ｔｅｌｅｃｏｍ　Ｐｒｅｓｓ，２０１０：２３５－２５０．　Ｂｅｉｉｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ａｖｉａｔｉｏｎ　Ｍｅｄｉｃｉｎｅ．Ｈｅｒ　ｍａｉｎ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｄｉｒｅｃ－　ｔｉｏｎ　ｉＳ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｆ　ａｖｉａｔｉｏｎ　ｍｅｄｉｃｉｎｅ．　作者简介　王海霞，１９８２年出生，２００４年于东南大学获得学士学位，　颜桂定（通讯作者），１９６２年出生，１９９０年于北京理工大　学获得学士学位，现为北京航空医学研究所高级工程师，主　要研究方向为机电工程及其在航空医学工程中的应用。　Ｅ．ｍａｉｌ：ｌａｏｈａｎｌ８４０　ｓｉｎａ．ｃｏｍ　２００６年于国防科学技术大学获得硕士学位，现为北京航空医　学研究所工程师，主要研究方向为自动控制技术及其在航空　医学工程中的应用。　Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｗｗｍａｙｉ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ　Ｗａｎｇ　Ｈａｉｘｉａ　ｗａｓ　ｂｏｒｎ　ｉｎ　１９８２，ｒｅｃｅｉｖｅｄ　Ｂ．Ｓｃ．ｆｒｏｍ　Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｉｎ　２００４，ａｎｄ　Ｍ．Ｓｃ．ｆｒｏｍ　Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｕｎｉｖｅｒ－　Ｙａｈ　Ｇｕｉｄｉｎｇ（Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ａｕｔｈｏｒ）ｗａｓ　ｂｏｍ　ｉｎ　１９６２，ｒｅ—　ｃｅｉｖｅｄ　Ｂ．Ｓｃ．ｆｒｏｍ　Ｂｅｉｊｎｉｇ　Ｉｎｓｔｉｕｔｔｅ　ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　１９９０．Ｎｏｗ　ｈｅ　ｉＳ　ａ　ｓｅｎｉｏｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｕｔｔｅ　ｏｆＡｖｉａｔｉ０ｎＭｅｄｉｃｉｎｅ．Ｈｉｓｍａｉｎ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｉｓ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆａｖｉａｔｉｏｎｍｅｄｉｃｉｎｅ．　泰克公司推出采用全球速度最快ＤＡＣ的下一代高性能任意波形发生器　新ＡＷＧ　７００００系列任意波形发生器提供业内领先的５０　ＧＳ／ｓ采样率，助力高速测试应用和高级研究　泰克公司日前宣布，推出采样率高达５０　ＧＳ／ｓ的下一代　任意波形发生器…新ＡＷＧ７００００。通过提供业内最佳的高采　研究中选择了ＡＷＧ７００００来提供信号发生功能。“５０　ＧＳ／ｓ采　样率与同步两个任意波形发生器的能力使我们能够在每个光　样率、长波形内存和深动态范围组合，新ＡＷＧ７００００系列任　意波形发生器可满足宽带电子、高速串行通信、光网络及高　级研究应用领域的广泛和高标准的信号发生需要。　ＡＷＧ７００００任意波形发生器采用了同一天泰克元件解　决方案公司（Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ）ＪＥ式宣布推出的　全球速度最快、最准确的１　Ｏ位商用数／模转换器（ＤＡＣ）专用　集成电路（ＡＳＩＣ）ＴＤＡＣ一２５。　载波上生成３Ｏ　Ｇ　Ｂａｕｄ信号，数据传输率为２３３　Ｇｂ／ｓ，是先　前纪录的两倍以上”，贝尔实验室的该项目负责人之一Ｓ．　Ｃｈａｎｄｒｓｅｋｈａｒ表示。他的同事Ｘｉａａｎｇ　Ｌｉｕ补充说：“ＡＷＧ７００００　的性能和信号纯度超过了我们对这个高标准实验的要求。”　ＡＷＧ７００００任意波形发生器使工程师和研究人员能够　创建、生成或复制理想、失真或“真实”信号，这是设计和　测量过程中的一个重要步骤。通过提供轻松生成极复杂信号　的能力和对信号特征的全面控制，ＡＷＧ７００００系列任意波形　发生器为克服以下应用中的测量挑战提供了业内最佳的解决　方案：　ＴＤＡＣ．２５数／模转换器的２５　ＧＳ／ｓ数膜采样率、１０位分　辨率和大于８０　ｄＢｃ的动态范围特性组合在业内居领先地位，　可支持更高的集成度，从而有助于降低下一代系统的成本、　尺寸及功耗要求。在基于射频的应用中，该器件支持直接生　宽带电子一ＡＷＧ７００００通过在基带、ＩＦ和ＲＦ频率（可　达２０ＧＨｚ）下生成宽带宽信号来提供按需带宽，动态范围大　于８０　ｄＢｃ。凭借高达１６　ＧＳ的波形内存，它能生成足够长的　独特信号来模拟实际环境，这使其成为目前最灵活的宽频带　成宽频带信号，从而通过消除数／模转换器阵列和频率转换模　块帮助降低复杂性。　由于所有电子和射频细分市场领域的数据率与信号复　杂性都不断增加，因此工程师和研究人员需要更先进的信号　信号发生产品。　发生器对设计进行充分的压力测试或者开展前沿研究。该数／　模转换器帮助ＡＷＧ７００００任意波形发生器实现了行业领先参　数，包括５０　ＧＳ／ｓ采样率、１６　ＧＳ波形内存和１０位垂直分辨　光通信一研发新的和更快光通信技术的研究人员可借　助ＡＷＧ７００００的采样率和高垂直分辨率来采集具有优异频谱　纯度的极高带宽信号。在这些高带宽下，可以同步多个任意　波形发生器来提供完整的ＩＱ信号发生功能。　高速串行通信一许多下一代串行总线都有强烈的信号　发生需求。例如，ＡＷＧ７００００提供针对ＨＤＭＩ　２．０的双硬件　解决方案，支持四个传输巷道（每巷道６　Ｇｂｐｓ　ｏ它使设计人　员能够直接向波形添加损伤信号，从而避免需要使用硬件来　率，使其能够支持业内最苛刻的信号发生要求，可满足上述　测试需求。这意味着它能够生成可通过接收器或其他被测器件　传送长时间的快速和无干扰的信号，以便进行真正的全面测试。　“对于那些需要以高采样率生成准确测试信号的客户　来说，ＡＷＧ７００００系列任意波形发生器可以尽可能地提升性　能水平，并能够提供更强大的解决方案，这些都是显著的进　步，”泰克信号分析仪产品线总经理Ｊｉｍ　ＭｃＧｉｌｌｉｖａｒｙ表示，“该　生成所需信号。　高级研究一ＡＷＧ７００００系列任意波形发生器非常适合　各种研究应用，使科研人员能够生成高精度高速非标准波　形。通过使用ＡＷＧ７００００，工程师和研究人员现在能够生成　先前无法生成的信号。　欲获得最新信息，请关注泰克官方微博（＠泰克科技）　系列下一代任意波形发生器进一步扩大了泰克公司在先进信　号发生技术领域的长久领先和创新纪录。”　阿尔卡特．朗讯旗下研究机构贝尔实验室最近在其用来　演示通过超长距离光纤来进行１．５　ＴＢ／ｓ超级信道传输的高级