摘要：介紹了一種基丁虛擬儀器技術(shù)的無刷直流電動機性能測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)、對無刷直流電動機性能參數(shù)測試要求進行了分析，設(shè)計了基于TMs320F2812的無刷直流電動機的專用控制器和用于模擬加載實驗的加載系統(tǒng)，并在基于虛擬儀器的實驗平臺上對測試數(shù)據(jù)進行處理分析。試驗結(jié)果表明該系統(tǒng)性能穩(wěn)定、可靠，測試結(jié)果滿足精度要求，達(dá)到了產(chǎn)品設(shè)計要求。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器；無刷直流電機；參數(shù)測試
0引 言尢刷直流電動機既具備交流電機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠等優(yōu)點，又具備有刷直流電動機運行效率高以及凋速性能好等優(yōu)點，隨著電力電子技術(shù)發(fā)展突飛猛進，無刷直流電動機控制技術(shù)口趨成熟，以其代替有刷直流電機進行驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)汁，將進步提高產(chǎn)品的叫靠性。
無刷直流電動機的發(fā)展促進了無刷直流電動機測試技術(shù)的發(fā)展。隨著微型計算機的應(yīng)用，數(shù)字測麓技術(shù)的發(fā)展，電力電子技術(shù)的進步，為無刷直流電動機的測試提供了先進的手段；與此同時，通過虛擬儀器應(yīng)用軟件將計算機與標(biāo)準(zhǔn)化虛擬儀器硬件結(jié)合起來，實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器功能的軟件化與模塊化，達(dá)劍了自動測試與分析的目的。根據(jù)無刷直流電動機的特性，本文設(shè)計了基于虛擬儀器技術(shù)的無刷直流電動機性能參數(shù)測試系統(tǒng)。
1測試系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)測試總體框圖如圖1所示。在進行電機性能測試時，測試人員需要在虛擬儀器測試臺I：完成被測電機的運行參數(shù)設(shè)冠以及加載條件的設(shè)置，測試臺與無刷直流電動機控制器通過以太網(wǎng)絡(luò)接L1通信，采用ModBus-TCP標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議傳遞參數(shù)與命令消息。扭矩傳感器、溫度傳感器、電壓信號、電流信號均通過電壓、電流互感器與工控機硬件平臺隔離，電壓電流互感器輸出標(biāo)準(zhǔn)范同的電壓信號，由數(shù)據(jù)采集卡采集，再被虛擬儀器顯示存儲等，1 l系統(tǒng)硬件設(shè)計無刷直流電動機測試系統(tǒng)按硬件功能可以分為如下四部分：
(1)工控機。工控機用來完成測試過程的實時在線檢測與控制，選用研華IPC一6lOH型工控機。
(2)磁粉離合器與三相異步電動機組成的模擬加載器。測試系統(tǒng)的測試對象為兀刷直流電動機，機構(gòu)輸出量為速度與扭矩，運行工況為低速火扭矩。
被測電機可處于斷電無驅(qū)動模式下，減速機構(gòu)具有一定的反向自鎖力矩，所以測試系統(tǒng)必須具備主動加載功能以測試機構(gòu)反向自鎖力矩的大小。測試系統(tǒng)能夠測量低速情況下，O～20 N·m寬范圍內(nèi)的扭矩，通過與當(dāng)前被廣泛使用的主要加載技術(shù)的比較，選用了由CJ型磁粉離合器與YvF132s一6型三相變頻調(diào)速電機實現(xiàn)模擬加載。其中，CJ型磁粉離合器的額定轉(zhuǎn)矩是25 N·m，激磁電流為2A；YVn32S一6型二相變頻凋速電機的額定轉(zhuǎn)矩是28.5 N·m，額定電流為.9 A。
(3)數(shù)據(jù)采集卡。除機構(gòu)的角位移、轉(zhuǎn)速、加速度、機構(gòu)旋轉(zhuǎn)變壓器激磁電壓、電流通過通信方式向電機控制器查詢，其它物理量，女¨負(fù)載轉(zhuǎn)矩要經(jīng)過傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘�，再�?jīng)過電壓電流互感器轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出范圍內(nèi)的電壓信號，由PcI總線型數(shù)據(jù)采集卡采集，電機測試系統(tǒng)選用Pcl8735與Pcl2318兩個型號的數(shù)據(jù)采集板卡。
(4)無刷直流電動機控制器。選用TI公司的32位定點DsP TMs320F2812作為控制核心，用于無刷直流電動機的控制，存非模擬加載情況下，可以獨立對現(xiàn)場電機機構(gòu)運行性能進行測試，驗證現(xiàn)場其它控制器的控制水平，在模擬加載情況下，可與加載測試臺虛擬儀器通信，接收控制命令，I一傳被測電機的參數(shù)．1 2系統(tǒng)軟件設(shè)訃構(gòu)造和使用虛擬儀器的火鍵在于應(yīng)用軟件。虛擬儀器應(yīng)用軟什主要有三個作用：提供一個集成的開發(fā)環(huán)境；提供一個與儀器硬件的****接口；提供一個勺虛擬儀器用戶的接口。系統(tǒng)采用微軟公司2009年推出的****開發(fā)環(huán)境visual studi0 201O．Visual Studi0平臺下的c#(c sharp)程序語言是一種****的、面向列象的編程語言。
根據(jù)測試要求，電機性能測試系統(tǒng)要具備電機控制參數(shù)設(shè)置、儀器參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示、通信參數(shù)設(shè)置等交互界面。測試系統(tǒng)程序總體發(fā)計如圖2所示。
2數(shù)據(jù)處理算法對于一些不易用硬件抑制的十?dāng)_信號，在擁有汁算機平臺的測試系統(tǒng)巾可以使用軟件程序?qū)ο聰_信號進行處理，數(shù)字濾波便是利用這一原理實現(xiàn)抑制干擾信號的有效措施之一．．根據(jù)干擾信號的幅值和頻率范圍，選擇相應(yīng)的數(shù)字濾波方法如下：
(1)中值濾波法，主要用于溫度、電壓等靜態(tài)或緩變信號。中值濾波的實現(xiàn)方法是從被測對象的某個采樣窗口中取出奇數(shù)個數(shù)據(jù)進行排序，然后用排序后的中值來取代要處理的數(shù)據(jù)。
(2)算術(shù)平均值濾波，主要用于壓力、流量等周期性脈動的物理量測量，不適合脈沖干擾。其公式如下：
式巾：y(K)為第K個采樣點的Ⅳ個采樣值的算術(shù)平均值；Xi為第K個采樣點的第i個采樣值；Ⅳ為每個采樣點的總采樣次數(shù)。
(3)復(fù)合濾波法。將以上兩種不同的濾波方法組合使用的方法就是復(fù)合濾波法。通過合理選擇，充分利用各個濾波器的特點，達(dá)到良好的濾波效果。
3實驗結(jié)果與分析
測試系統(tǒng)的核心功能是測試功能，該功能模塊綜合調(diào)用其他功能模塊的相關(guān)功能，來完成測試任務(wù)。圖3是無刷直流電動機的測試流程圖。首先，在設(shè)置完電機的運行參數(shù)后起動電機，然后由數(shù)據(jù)采集卡進行被測試數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)主要是對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波，繼而經(jīng)處理后的測試數(shù)據(jù)裝入設(shè)計好的測試數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體內(nèi)，同時以子線程的方式起動三個流程，分別為將測試數(shù)據(jù)存人數(shù)據(jù)庫的子線程；根據(jù)得到的相關(guān)物理量，對測試系統(tǒng)中與之相關(guān)的物理量進行控制的子線程，例如，可以根據(jù)扭矩傳感器的值對加載扭矩進行閉環(huán)控制；還有虛擬儀器的顯示子線程。然后延時，等待采樣時間到來，判斷是臺停機或測試完畢，決定是否繼續(xù)采樣。
根摒測斌流程，圖4是額定電壓為24 V、額定功率為80 w、額定轉(zhuǎn)速為l 500 r/min、三相星形連接的無刷直流電動機在加載力矩為5 N.m，工作在凋速模式下所測得的實驗結(jié)果、上述數(shù)據(jù)是在多次反復(fù)測量的過程中得到的，從測量結(jié)果呵以看出該測試裝覆運行狀態(tài)穩(wěn)定，符合設(shè)計要求。 |
