電動(dòng)機性能虛擬儀器測試系統設計與實(shí)現

　　摘要：將現代虛擬儀器技術(shù)應用于電動(dòng)機性能測試領(lǐng)域，充分發(fā)揮了虛擬儀器技術(shù)開(kāi)發(fā)效率高、靈活性兼容性強和可重用度高的特點(diǎn)，設計與實(shí)現了多路并行電動(dòng)機的在線(xiàn)測試，并使用PID控制算法控制定標參量，最后通過(guò)TCP/IP協(xié)議實(shí)現了測試數據的遠程共享和用戶(hù)對測試系統的遠程操控。

　　關(guān)鍵詞：虛擬儀器 電動(dòng)機測試 PID TCP/IP近年來(lái)，隨著(zhù)計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，電動(dòng)機計算機輔助測試（CAT）系統在電機行業(yè)得到了普及[1]。

　　基于計算機的電機性能測試也逐步取代傳統的手動(dòng)操作式電機檢測，并向著(zhù)自動(dòng)化智能化的方向發(fā)展。然而，基于傳統開(kāi)發(fā)平臺的電動(dòng)機自動(dòng)測試系統，往往面臨開(kāi)發(fā)周期長(cháng)，成本高，兼容性和擴展性弱的不足，從而也阻礙了電動(dòng)機自動(dòng)測試系統的廣泛應用?，F代虛擬儀器技術(shù)的引入，通過(guò)虛擬儀器應用軟件將計算機與標準化虛擬儀器硬件結合起來(lái)，從而實(shí)現傳統儀器功能的軟件化與模塊化，以達到自動(dòng)測試與分析的目的[2]。利用虛擬儀器技術(shù)用戶(hù)可以通過(guò)圖形化的編程環(huán)境和操作界面，輕松完成對待測對象的信號調理，過(guò)程控制，數據采集、分析、顯示和存儲，故障診斷以及網(wǎng)絡(luò )通信等功能，大大縮短了系統開(kāi)發(fā)周期；同時(shí)由于采用了標準化的虛擬儀器軟硬件，測試系統的兼容性和擴展性也得到了很大程度的增強；除此以外，虛擬儀器技術(shù)的靈活性強和可重用度高，可以使用戶(hù)的測試系統規模最小化，且易于升級和維護，用戶(hù)甚至可以使用現有硬件組成另一套測試系統，從而減少不必要的重復投資，降低系統的開(kāi)發(fā)成本。本電動(dòng)機性能虛擬儀器測試系統采用的是美國國家儀器公司（National Instruments，NI）的LabVIEW和LabVIEW RT虛擬儀器軟件平臺，以及配套的NI PCI數據采集板卡、NI SCXI信號調理設備和NI compact FieldPoint（cFP）分布式I/O實(shí)時(shí)系統硬件。實(shí)現了多路電動(dòng)工具性能的并行測試；并可根據用戶(hù)設置，自動(dòng)完成負載、扭矩、轉速、功率以及機體溫度的實(shí)時(shí)監控；最后通過(guò)TCP/IP協(xié)議實(shí)現了測試數據的遠程共享，和用戶(hù)對測試系統的遠程操控。該系統具有開(kāi)發(fā)周期短、使用效率高以及成本低廉的特點(diǎn)，同時(shí)具有很強的系統可擴展性和可重用性，具有很強的應用價(jià)值。

　　1.系統組成及工作原理

1.1. 系統組成

　　電動(dòng)機性能虛擬儀器測試系統主要由主控機模塊、cFP實(shí)時(shí)監控模塊、測功機模塊以及待測電機模塊四部分組成，主控機模塊為一臺DELL工作站，用于提供圖形化用戶(hù)界面，完成對系統硬件的配置和對用戶(hù)界面和控制參數的設置，并實(shí)時(shí)更新各指標參量對時(shí)間的波形顯示，經(jīng)過(guò)曲線(xiàn)擬合后得到電動(dòng)機特性曲線(xiàn)，最后完成測試數據的記錄工作。與此同時(shí)，主控機還通過(guò)嵌入式NI PCI數據采集卡完成對非控制參量，如輸入電壓和工作電流，的測量工作。cFP實(shí)時(shí)監控模塊由兩部NI cFP分布式I/O系統組成，通過(guò)TCP/IP協(xié)議與主控機通信，從主控機獲得控制參數命令來(lái)控制測功機，并返回從測功機模塊采集來(lái)的數據信號，交由主控機處理。其中模塊A用于完成實(shí)時(shí)自動(dòng)加載和控制指標參量的測量，并提供過(guò)載保護、緊急停車(chē)以及非法停機后的系統重建等應急措施；模塊B用于完成對待測電機體表溫度的實(shí)時(shí)監測。測功機模塊由磁滯測功機和磁粉測功機兩類(lèi)組成，分別適用于不同類(lèi)型的待測電機，被用于為待測電機提供一定的負載，并由其內部的傳感設備將待測電機在該負載下的扭矩、轉速以及輸出功率等待測指標參量轉換為cFP實(shí)時(shí)監控模塊A可以接受的電壓信號。

　　1.2.工作原理

　　電動(dòng)機性能虛擬儀器測試系統可在兩種工作模式運行下：自動(dòng)工作模式和手動(dòng)工作模式，主要測試項目有：1) 電動(dòng)機輸入電壓曲線(xiàn)2)電動(dòng)機輸入電流曲線(xiàn)3)電動(dòng)機輸入功率曲線(xiàn)4)電動(dòng)機扭矩曲線(xiàn)5)電動(dòng)機轉速曲線(xiàn)6)電動(dòng)機輸出功率曲線(xiàn)7)電動(dòng)機機體表面溫度8)

　　電動(dòng)機機體內部溫度自動(dòng)工作模式下，主控機首先等待用戶(hù)完成軟硬件的設置和配置。然后提請用戶(hù)選擇負載測試或定參數測試，負載測試下用戶(hù)需要設置負載曲線(xiàn)、負載時(shí)間、循環(huán)時(shí)間以及測試時(shí)間等測試參數；定參數測試下，用戶(hù)可以選擇指定扭矩、轉速或是功率，并設置相應的定標參數、控制參數以及測試時(shí)間。完成以上步驟以后，就可以啟動(dòng)測試程序，測試系統即按照用戶(hù)制定的負載自動(dòng)加載同時(shí)完成對待測電機的性能測試；或是通過(guò)一定的控制算法保持定標參數的穩定并對該狀態(tài)下的待測電機進(jìn)行自動(dòng)測試。系統運行的同時(shí)，用戶(hù)可以在實(shí)時(shí)監測圖表中觀(guān)察各指標參量對時(shí)間的波形顯示，經(jīng)過(guò)曲線(xiàn)擬合后得到電動(dòng)機特性曲線(xiàn)，并可將感興趣的圖表導出存盤(pán)。當完成測試時(shí)間后，系統自動(dòng)終止測試。手動(dòng)工作模式下，系統工作原理與自動(dòng)工作模式下基本類(lèi)似，只是系統不進(jìn)行循環(huán)測試，而是提供一種交互式的測試環(huán)境，完成指定的測試項目后，等待用戶(hù)的進(jìn)一步操作。