電動(dòng)機(jī)性能虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　摘要：將現(xiàn)代虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)性能測(cè)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(qiáng)和可重用度高的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)了多路并行電動(dòng)機(jī)的在線測(cè)試，并使用PID控制算法控制定標(biāo)參量，最后通過(guò)TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)了測(cè)試數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程共享和用戶對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操控。

　　關(guān)鍵詞：虛擬儀器 電動(dòng)機(jī)測(cè)試 PID TCP/IP近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，電動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）系統(tǒng)在電機(jī)行業(yè)得到了普及[1]。

　　基于計(jì)算機(jī)的電機(jī)性能測(cè)試也逐步取代傳統(tǒng)的手動(dòng)操作式電機(jī)檢測(cè)，并向著自動(dòng)化智能化的方向發(fā)展。然而，基于傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的電動(dòng)機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，往往面臨開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，成本高，兼容性和擴(kuò)展性弱的不足，從而也阻礙了電動(dòng)機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)代虛擬儀器技術(shù)的引入，通過(guò)虛擬儀器應(yīng)用軟件將計(jì)算機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)化虛擬儀器硬件結(jié)合起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器功能的軟件化與模塊化，以達(dá)到自動(dòng)測(cè)試與分析的目的[2]。利用虛擬儀器技術(shù)用戶可以通過(guò)圖形化的編程環(huán)境和操作界面，輕松完成對(duì)待測(cè)對(duì)象的信號(hào)調(diào)理，過(guò)程控制，數(shù)據(jù)采集、分析、顯示和存儲(chǔ)，故障診斷以及網(wǎng)絡(luò)通信等功能，大大縮短了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期；同時(shí)由于采用了標(biāo)準(zhǔn)化的虛擬儀器軟硬件，測(cè)試系統(tǒng)的兼容性和擴(kuò)展性也得到了很大程度的增強(qiáng)；除此以外，虛擬儀器技術(shù)的靈活性強(qiáng)和可重用度高，可以使用戶的測(cè)試系統(tǒng)規(guī)模最小化，且易于升級(jí)和維護(hù)，用戶甚至可以使用現(xiàn)有硬件組成另一套測(cè)試系統(tǒng)，從而減少不必要的重復(fù)投資，降低系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本。本電動(dòng)機(jī)性能虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)采用的是美國(guó)國(guó)家儀器公司（National Instruments，NI）的LabVIEW和LabVIEW RT虛擬儀器軟件平臺(tái)，以及配套的NI PCI數(shù)據(jù)采集板卡、NI SCXI信號(hào)調(diào)理設(shè)備和NI compact FieldPoint（cFP）分布式I/O實(shí)時(shí)系統(tǒng)硬件。實(shí)現(xiàn)了多路電動(dòng)工具性能的并行測(cè)試；并可根據(jù)用戶設(shè)置，自動(dòng)完成負(fù)載、扭矩、轉(zhuǎn)速、功率以及機(jī)體溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控；最后通過(guò)TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)了測(cè)試數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程共享，和用戶對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的遠(yuǎn)程操控。該系統(tǒng)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(qiáng)的系統(tǒng)可擴(kuò)展性和可重用性，具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。

　　1.系統(tǒng)組成及工作原理

1.1. 系統(tǒng)組成

　　電動(dòng)機(jī)性能虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)主要由主控機(jī)模塊、cFP實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊、測(cè)功機(jī)模塊以及待測(cè)電機(jī)模塊四部分組成，主控機(jī)模塊為一臺(tái)DELL工作站，用于提供圖形化用戶界面，完成對(duì)系統(tǒng)硬件的配置和對(duì)用戶界面和控制參數(shù)的設(shè)置，并實(shí)時(shí)更新各指標(biāo)參量對(duì)時(shí)間的波形顯示，經(jīng)過(guò)曲線擬合后得到電動(dòng)機(jī)特性曲線，最后完成測(cè)試數(shù)據(jù)的記錄工作。與此同時(shí)，主控機(jī)還通過(guò)嵌入式NI PCI數(shù)據(jù)采集卡完成對(duì)非控制參量，如輸入電壓和工作電流，的測(cè)量工作。cFP實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊由兩部NI cFP分布式I/O系統(tǒng)組成，通過(guò)TCP/IP協(xié)議與主控機(jī)通信，從主控機(jī)獲得控制參數(shù)命令來(lái)控制測(cè)功機(jī)，并返回從測(cè)功機(jī)模塊采集來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)，交由主控機(jī)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(biāo)參量的測(cè)量，并提供過(guò)載保護(hù)、緊急停車以及非法停機(jī)后的系統(tǒng)重建等應(yīng)急措施；模塊B用于完成對(duì)待測(cè)電機(jī)體表溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。測(cè)功機(jī)模塊由磁滯測(cè)功機(jī)和磁粉測(cè)功機(jī)兩類組成，分別適用于不同類型的待測(cè)電機(jī)，被用于為待測(cè)電機(jī)提供一定的負(fù)載，并由其內(nèi)部的傳感設(shè)備將待測(cè)電機(jī)在該負(fù)載下的扭矩、轉(zhuǎn)速以及輸出功率等待測(cè)指標(biāo)參量轉(zhuǎn)換為cFP實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊A可以接受的電壓信號(hào)。

　　1.2.工作原理

　　電動(dòng)機(jī)性能虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)可在兩種工作模式運(yùn)行下：自動(dòng)工作模式和手動(dòng)工作模式，主要測(cè)試項(xiàng)目有：1) 電動(dòng)機(jī)輸入電壓曲線2)電動(dòng)機(jī)輸入電流曲線3)電動(dòng)機(jī)輸入功率曲線4)電動(dòng)機(jī)扭矩曲線5)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速曲線6)電動(dòng)機(jī)輸出功率曲線7)電動(dòng)機(jī)機(jī)體表面溫度8)

　　電動(dòng)機(jī)機(jī)體內(nèi)部溫度自動(dòng)工作模式下，主控機(jī)首先等待用戶完成軟硬件的設(shè)置和配置。然后提請(qǐng)用戶選擇負(fù)載測(cè)試或定參數(shù)測(cè)試，負(fù)載測(cè)試下用戶需要設(shè)置負(fù)載曲線、負(fù)載時(shí)間、循環(huán)時(shí)間以及測(cè)試時(shí)間等測(cè)試參數(shù)；定參數(shù)測(cè)試下，用戶可以選擇指定扭矩、轉(zhuǎn)速或是功率，并設(shè)置相應(yīng)的定標(biāo)參數(shù)、控制參數(shù)以及測(cè)試時(shí)間。完成以上步驟以后，就可以啟動(dòng)測(cè)試程序，測(cè)試系統(tǒng)即按照用戶制定的負(fù)載自動(dòng)加載同時(shí)完成對(duì)待測(cè)電機(jī)的性能測(cè)試；或是通過(guò)一定的控制算法保持定標(biāo)參數(shù)的穩(wěn)定并對(duì)該狀態(tài)下的待測(cè)電機(jī)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試。系統(tǒng)運(yùn)行的同時(shí)，用戶可以在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖表中觀察各指標(biāo)參量對(duì)時(shí)間的波形顯示，經(jīng)過(guò)曲線擬合后得到電動(dòng)機(jī)特性曲線，并可將感興趣的圖表導(dǎo)出存盤(pán)。當(dāng)完成測(cè)試時(shí)間后，系統(tǒng)自動(dòng)終止測(cè)試。手動(dòng)工作模式下，系統(tǒng)工作原理與自動(dòng)工作模式下基本類似，只是系統(tǒng)不進(jìn)行循環(huán)測(cè)試，而是提供一種交互式的測(cè)試環(huán)境，完成指定的測(cè)試項(xiàng)目后，等待用戶的進(jìn)一步操作。