基于MATLAB的步进电机自动化测试系统

肖东岳，李英堂，周 强，陈居现

（1.南阳理工学院，南阳 473004；2.中国科学院 近代物理研究所，兰州 730000；3.山东省胜利油田 胜利发电厂，东营 257087）

0 引言

应用于工程领域的设备必须先经过较长时间的各种工作模式的测试，以便及早发现设备故障，避免造成工程中的重大损失，本文针对将应用于工程领域的多台一体化步进电机，需要设计在实验室环境下的自动化测试系统，该测试系统需要满足多设备、多模式、长时间、自动化的测试要求。

MATLAB软件具有文本编程模式和GUI图形化编程模式，编程方便，功能强大，虽然在矩阵计算和系统仿真中使用普遍，但在设备测试领域却鲜有应用，该软件所具有的强大测试功能并未得到充分认识和发掘，本文尝试将MATLAB软件应用于步进电机的测试系统中，构建相应的自动化测试系统，完成测试任务。

1 步进电机测试系统方案

步进电机作为一种重要的运动执行机构逐渐出现了与编码器和控制器融合为一体化的形式，如图1所示。其中，控制器为基于DSP的嵌入式控制装置，通过串口控制，该一体化系统自身构成了闭环控制系统。随着系统的复杂化，出现故障的环节增加，所以测试工作变得更为重要。本文所测试的一体化步进电机，电机型号为FL110STH99-5504A，控制器型号为UIM24108,编码器型号为HKT2510-201。

该一体化步进电机可以实现准确的位置控制功能，接口为RS232串行口，操作命令为简洁的ASCII码指令，使用方便。

图1 一体化步进电机外形图

为了构建可同时测试4台一体化步进电机的测试系统，采用串口服务器E8008将4台一体化步进电机连接到测试计算机上，见图2所示。与测试计算机的接口为以太网，在计算机中通过驱动软件的映射，将出现4个新加入的串口，分别对应于4台一体化步进电机的驱动串口，可以发送命令和读入电机的状态信息。

串口服务器是一种将RS-232/422/485串行接口转换为以太网接口的设备，它一端带有8个串行口，可接RS-232或RS422或RS485，另外一端的以太网接口可以连接电脑等以太网设备，实现串行设备和以太网数据互相传输。

图2 步进电机测试系统框图

2 测试软件与界面设计[3～5]

串行接口应用广泛，MATLAB也提供了一组用于串行通信的函数[5]，能够方便地与计算机外部的设备通过串行设备交换数据，本项目正是采用串行通信的方式实现对步进电机的测试的。主要使用了MATLAB相关函数功能，通过串行通信实现对一体化步进电机的实时操作，一体化步进电机有一套完整的操作指令集可供使用。

图3 测试软件流程图

MATLAB的编程方式由文本方式（Command Mode）和图形用户接口方式（Graphical User Interface:GUI）两种主要的模式，前者编程快捷，后者操作直观，本项目分别使用了这两种方式开发了测试软件。文本方式下的软件流程图如图3所示，GUI方式下开发的操作界面如图4所示。

本测试软件根据设定的参数操作步进电机，使其按规定的方式运动，直到完成所设定的操作次数为止，如图3所示的流程图。

图4 测试软件的GUI界面

3 系统设计中的若干需要问题

串口的一旦打开之后就一直被占用，在完成测试退出时必须关闭，否则下次不能打开。在MATLAB中有2个函数实现串口的关闭和删除功能，分别是是fclose()和delete()函数，在程序结束时最好先后调用这2个函数关闭并删除相应串口。

在MATLAB中还有时钟函数clock，可以根据功能需要使用。

4 结论

本文基于MATLAB构建了针对多台步进电机的测试系统，完成了测试任务，相应工程经验表明基于MATLAB本测试系统具有如下优点：

1）本测试系统整体方案简洁，构建灵活，快速。

2）本测试系统能对多台设备进行长时间自动化测试，工作效率高。

3）基于MATLAB的测试系统具有文本编程方式和图形化编程方式，便于满足多种测试场合。

[1] 王益全, 张炳义.电机测试技术[M], 科学出版社, 2008.

[2] 武建文, 李德成.电机现代测试技术[M], 机械工业出版社, 2006.

[3] 施晓红, 周佳.精通GUI图形界面编程[M], 北京大学出版社, 2003.

[4] 王玲, 王正林, 毛涛涛, 等.精通MATLAB GUI设计(第2版) [M], 电子工业出版社, 2011.

[5] 赵云鹏.MATLAB串口通信在数据采集中的应用[J], 微计算机信息, 2006, 22(1).

[6] 周黎, 杨世洪, 高晓东.步进电机控制系统建模及运行曲线仿真[J], 电机与控制学报.2011, 15(1).

[7] 李英堂, 顾逸东, 王连泽.旋成体飞艇艇体的MATLAB辅助设计工具箱[J], 科学技术与工程, 2010, (6).

[8] Rusu, C.Model based design controller for the stepper motor[C], IEEE International Conference on Automation,Quality and Testing, Robotics, 2008.AQTR 2008.May22-252008.Volume: 2: 175-179.

[9] Singh, P.LabVIEW-based cost effective Multi-Axis Motion Control System [C], 2011 Annual IEEE India Conference, Dec.16-182011: 1-5

[10] Sheng Yang.Position control system design based on LabVIEW[C], International Conference on Electric Information and Control Engineering (ICEICE), 2011.April 15-172011: 602 - 604