基于虛擬儀器的車用電機(jī)測試平臺(tái)控制系統(tǒng)

由于采用交流測功機(jī),系統(tǒng)實(shí)際具有對拖的能力,因此測功機(jī)和被測電機(jī)必然是一端采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制而另一端采用轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制,從而達(dá)到一種動(dòng)態(tài)的平衡。另外對于車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)來說一般采用轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制,因此在本系統(tǒng)中采用下面的控制方式。

上位機(jī)與PLC 終端控制模塊B( ET261) 之間通過CAN 總線進(jìn)行通信。主變頻器INV1 既可以從上位機(jī)也可以從ET261 接收轉(zhuǎn)速指令并與測功電機(jī)DYNO 根據(jù)所接受的轉(zhuǎn)速信號(hào)構(gòu)成轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。上位機(jī)與被測電機(jī)的控制器INV2之間依據(jù)實(shí)際情況可以采用不同的通信方式,考慮同整車通信協(xié)議的一致性,目前采用CAN 總線通信。被測電機(jī)及其控制器根據(jù)從上位機(jī)接受的轉(zhuǎn)矩信號(hào)構(gòu)成轉(zhuǎn)矩閉環(huán)控制。

　狀態(tài)監(jiān)控

上位機(jī)對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,并根據(jù)不同的狀態(tài)采取相應(yīng)的控制策略或隨時(shí)接受操作人員的指令輸入而采取相應(yīng)的動(dòng)作。采取分級(jí)的故障管理機(jī)制以保證系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。

主程序運(yùn)行控制流程

　主程序用戶圖形界面( GUI)

上位機(jī)用戶圖形界面采用LabVIEW 開發(fā)。在利用LabVIEW 開發(fā)程序界面過程中,充分利用了其在虛擬儀器方面的優(yōu)勢:

虛擬狀態(tài)燈和系統(tǒng)狀態(tài)碼的合理使用,使操作者可以實(shí)時(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行的當(dāng)前狀態(tài),并以此作為下一步操作的指導(dǎo);

虛擬儀表盤的使用使操作者察看系統(tǒng)運(yùn)行的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速更為輕松和方便;

虛擬示波器的使用使操作者對系統(tǒng)跟蹤設(shè)定的能力和效果作出實(shí)時(shí)的評(píng)價(jià)。

主程序運(yùn)行控制流程

圖4 為主程序運(yùn)行控制流程圖。其中:

準(zhǔn)備　準(zhǔn)備過程包括工作模式選擇、驅(qū)動(dòng)信號(hào)選擇、文件存儲(chǔ)路徑選擇、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間間隔設(shè)定、最高轉(zhuǎn)速設(shè)定、故障日志設(shè)定等。根據(jù)受試對象的不同會(huì)有差別。

數(shù)據(jù)文件操作　測試數(shù)據(jù)文件和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件可采用EXCEL 或文本文件格式,以便于測試前后的數(shù)據(jù)錄入和處理。

故障處理　故障處理有一套完整的管理機(jī)制,將在后面作詳細(xì)介紹。

　故障報(bào)警及處理機(jī)制

對于一個(gè)復(fù)雜的自動(dòng)化測試系統(tǒng)來講,一套完整有效的故障報(bào)警及處理機(jī)制是必不可少的。本系統(tǒng)采用一套分級(jí)的故障管理機(jī)制,定義了兩個(gè)類型3 個(gè)級(jí)別共64 種故障,既可以保證系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行,又便于故障的診斷和排除。

故障處理流程

圖5 是系統(tǒng)故障處理的流程圖。故障類型、級(jí)別和種類的判斷依據(jù)是系統(tǒng)各部件運(yùn)行狀態(tài)碼,由各部件通過CAN 總線實(shí)時(shí)通知上位機(jī)。無論何種故障,最終都會(huì)以文本文件的格式存儲(chǔ)在故障日志文件里。

　故障定義及處理

故障類型

故障類型分為A 型和B 型。當(dāng)故障發(fā)生時(shí),首先需要判斷的是故障的類型。A 型故障被定義為無需提交操作人員決策的故障,其處理方式為系統(tǒng)根據(jù)其級(jí)別自動(dòng)處理。B 型故障被定義為必須提交操作人員決策的故障,必須由操作人員根據(jù)其級(jí)別決定處理方式。

　故障級(jí)別

故障級(jí)別分為3 級(jí)。這也是系統(tǒng)故障管理機(jī)制的基礎(chǔ)。一級(jí)故障被定位為最嚴(yán)重故障,必須?？傠娫础⑦M(jìn)行檢修,譬如測功機(jī)過流、電機(jī)進(jìn)出口壓力過載等。二級(jí)故障被定義為次級(jí)故障,需要切斷直流進(jìn)行檢修,譬如電機(jī)進(jìn)出口溫度過高等。三級(jí)故障被定義為輕微故障,但需要停被測電機(jī)和測功電機(jī)使能以便排除故障,譬如冷卻水箱液位過低、空氣開關(guān)工作異常等。

　故障種類

共定義64 種故障種類,可以根據(jù)故障代碼確定故障原因。另外根據(jù)實(shí)際測試過程中測到的新問題可以繼續(xù)擴(kuò)展。這是一個(gè)累積的過程。

試驗(yàn)結(jié)果

圖6 為測試得到的某型號(hào)車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器的特性和效率曲線圖。

結(jié)束語

系統(tǒng)目前已在燃料電池轎車動(dòng)力系統(tǒng)開發(fā)中應(yīng)用,用于車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)及其控制器的綜合性能測試。實(shí)驗(yàn)證明所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)集成方案和控制策略可行,系統(tǒng)運(yùn)行可靠,達(dá)到功能設(shè)計(jì)要求,并具有以下特點(diǎn):

虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用使系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡化,成本降低,自動(dòng)化程度提高;

實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/ 自動(dòng)控制模式的無縫切換;

數(shù)據(jù)的輸入與存儲(chǔ)可通用EXCEL ,或文本文件自動(dòng)完成,便于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析;

針對車用驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)使系統(tǒng)最大程度的為整車動(dòng)力系統(tǒng)的開發(fā)提供依據(jù);

分級(jí)的故障管理機(jī)制保障系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行,并且方便故障的診斷和排除;

交流測功機(jī)的應(yīng)用使系統(tǒng)具備進(jìn)行電機(jī)動(dòng)態(tài)測試的能力;

CAN 總線技術(shù)的應(yīng)用提高了系統(tǒng)抗干擾能力,同時(shí)保持與整車通信協(xié)議的一致性。