楊晶++趙學(xué)玲

摘要：電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以及電機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，推動(dòng)了電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展。本文分析了傳統(tǒng)電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的性能，論述了基于虛擬儀器技術(shù)的異步電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理，闡述了基于LabVIEW異步電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。經(jīng)過實(shí)際測(cè)試表明，本文設(shè)計(jì)的電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，發(fā)揮了虛擬儀器靈活方便的特點(diǎn)，在測(cè)試領(lǐng)域中具有較高的實(shí)用價(jià)值和推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)；LabVIEW

中圖分類號(hào)：TM343文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-120X（2016）11-0059-02收稿日期：2016-01-06

作者簡(jiǎn)介：楊晶，女，安徽淮北人，天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)中級(jí)講師，本科，研究方向：電氣技術(shù)；

趙學(xué)玲，女，天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)副教授，碩士生導(dǎo)師，博士，研究方向：信號(hào)檢測(cè)與處理、智能控制系統(tǒng)。

隨著科技的進(jìn)步，電機(jī)的性能也在不斷地提高，電機(jī)的測(cè)試設(shè)備也需同時(shí)進(jìn)步。目前來說，只有和計(jì)算機(jī)技術(shù)融為一體的測(cè)試技術(shù)才能完成自動(dòng)測(cè)試的功能，因此，虛擬儀器技術(shù)將是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試的最佳選擇。虛擬儀器技術(shù)在硬件方面，有成熟的數(shù)據(jù)采集板卡，并且其驅(qū)動(dòng)程序在Windows環(huán)境下穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)；軟件方面，可提供形態(tài)與傳統(tǒng)儀表外形幾乎一致的圖形界面，開發(fā)過程變得容易，提高研發(fā)效率，界面豐富，便于功能的擴(kuò)展。

一、電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的要求 對(duì)電機(jī)進(jìn)行測(cè)試主要是為了得到電機(jī)的參數(shù)和各種特性，以便分析檢查生產(chǎn)出的電機(jī)是否符合設(shè)計(jì)要求。對(duì)電機(jī)的檢測(cè)，主要包括電機(jī)的輸入電壓和電流、輸出的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩、功率以及功率因數(shù)等，根據(jù)這些測(cè)試參數(shù)可以得到電機(jī)的運(yùn)行情況。另外，為了測(cè)試電機(jī)的各種運(yùn)行特性，還要進(jìn)行相關(guān)特性的試驗(yàn)，如負(fù)載試驗(yàn)可以得到電機(jī)帶載的能力，以及其負(fù)載量與電機(jī)電壓和電流等物理量的關(guān)系。

傳統(tǒng)的電機(jī)檢測(cè)方法中不管是利用模擬儀器、數(shù)字儀器還是智能儀器，都需要人工操作，而且由于其各自功能不同，在測(cè)試時(shí)不能一次或者少數(shù)次地完成測(cè)量工作，生產(chǎn)效率不高。在測(cè)試功能的自動(dòng)化方面做得還不夠好，功能單一，大部分儀器在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和電機(jī)規(guī)格等方面受到限制，應(yīng)用范圍受到限制。

二、基于虛擬儀器的異步電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) 虛擬儀器是指利用計(jì)算機(jī)、外圍控制和參量采集設(shè)備控制被測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量的測(cè)試系統(tǒng)。這種儀器利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力，在計(jì)算機(jī)上編寫各種功能的測(cè)試面板，來完成某個(gè)特定設(shè)備的全面的測(cè)量工作。外圍的設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)設(shè)備參量數(shù)據(jù)的采集和控制，以完成自動(dòng)化測(cè)量。除了測(cè)量功能外，虛擬儀器還能分析測(cè)量數(shù)據(jù)，靈活繪制曲線，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和曲線，對(duì)比不同數(shù)據(jù)等。

1測(cè)試原理

異步電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)是利用上位機(jī)軟件向控制器發(fā)送控制信號(hào)，控制器根據(jù)上位機(jī)的控制信息控制功率模塊，進(jìn)而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。同時(shí)傳感器等部件將采集的數(shù)據(jù)信息經(jīng)轉(zhuǎn)換后傳輸給數(shù)據(jù)采集卡，數(shù)據(jù)采集卡采集傳感器信息，然后將數(shù)字量傳送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)的上位機(jī)軟件對(duì)數(shù)字量進(jìn)行顯示處理和分析等。同時(shí)，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量，上位機(jī)軟件可以通過控制器控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

2異步電機(jī)虛擬儀器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

異步電機(jī)虛擬儀器系統(tǒng)主要包括控制部分和測(cè)試部分。控制部分的主要核心是電機(jī)控制器，包括驅(qū)動(dòng)模塊、功率模塊、控制模塊，能完成電機(jī)的基本控制功能。異步電機(jī)虛擬儀器系統(tǒng)的開發(fā)，包括下位機(jī)及硬件開發(fā)、數(shù)據(jù)傳輸接口、上位機(jī)開發(fā)程序的設(shè)計(jì)。

（1）虛擬儀器接口的選型。對(duì)于設(shè)計(jì)功能簡(jiǎn)單的異步電機(jī)虛擬儀器，數(shù)據(jù)量不大、實(shí)時(shí)性要求不高的情況可以采用SCI通信。應(yīng)用較多的是通過計(jì)算機(jī)接口的總線傳送數(shù)據(jù)，一般采用這種方式時(shí)，需要配備一塊接口電路板，主要用于連接、處理數(shù)據(jù)格式等。而對(duì)于要經(jīng)常熱插拔的數(shù)據(jù)接口，一般采用USB接口的設(shè)備，相對(duì)于其他的采集設(shè)備來說，其價(jià)格稍微高一些。

（2）數(shù)據(jù)采集卡的選擇。被測(cè)設(shè)備的參量需要用傳感器將其轉(zhuǎn)化為電量，數(shù)據(jù)采集卡將電量信號(hào)保持，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再傳給上位機(jī)。一般數(shù)據(jù)采集設(shè)備具有多路同時(shí)采集的功能，也可以單路分時(shí)段采集。對(duì)于多個(gè)相關(guān)聯(lián)的參量采集，如果要求最后的結(jié)果實(shí)時(shí)顯示，可以對(duì)這幾個(gè)相關(guān)聯(lián)的參量進(jìn)行多路同時(shí)采集。如果需要采集的參量較多，而又對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高，通道數(shù)目不足，可以采用單通道分時(shí)段采集。采用單通道，需要下位機(jī)分時(shí)段傳輸參量信息，傳輸時(shí)上位機(jī)與下位機(jī)要有握手信號(hào)。在采集卡的內(nèi)部有放大器電路，如果電量幅值較小，可以放大至一定的合理采集值。有的傳感器使用時(shí)間久了，測(cè)量的電量就會(huì)產(chǎn)生偏移，數(shù)據(jù)采集卡采集到的數(shù)值就和被測(cè)設(shè)備實(shí)際的值不一致，這時(shí)可以采用上位機(jī)編程進(jìn)行結(jié)果校正，實(shí)現(xiàn)正確測(cè)量。當(dāng)偏移量較大時(shí)，需對(duì)傳感器進(jìn)行校正或者更換新的傳感器。合理選擇數(shù)據(jù)采集設(shè)備可以在較低的成本下完成測(cè)量任務(wù)。在選擇時(shí)應(yīng)首先考慮采集任務(wù)的可靠性，采集通道的數(shù)量上要留有備用通道，作以后系統(tǒng)擴(kuò)展其他功能用。

（3）下位機(jī)及硬件電路。 只有數(shù)據(jù)采集設(shè)備還不能完成一個(gè)系統(tǒng)的全部測(cè)量。為了使數(shù)據(jù)采集卡出色地完成任務(wù)，還需設(shè)計(jì)一個(gè)下位機(jī)。下位機(jī)功能主要是統(tǒng)籌各個(gè)采集量，管理硬件電路，發(fā)送控制信號(hào)，采集硬件電路參數(shù)實(shí)行保護(hù)等。硬件電路可以直接和數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接，也可以將數(shù)據(jù)量傳送給發(fā)送硬件電路模塊，發(fā)送硬件電路再根據(jù)上位機(jī)的握手信號(hào)進(jìn)行發(fā)送。如果是多個(gè)硬件設(shè)備占用同一個(gè)數(shù)據(jù)通道，則需要邏輯電路控制其發(fā)送順序。在設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)對(duì)需要采集的參量有什么樣的要求來選擇器件，一般選擇的依據(jù)主要是其實(shí)時(shí)性和精度。下位機(jī)根據(jù)其完成的數(shù)據(jù)計(jì)算量選擇合適的微處理器。

（4）上位機(jī)編程環(huán)境的選擇。 虛擬儀器的軟件部分可以由許多的編程環(huán)境來完成，如MATLAB、VC等。現(xiàn)在上位機(jī)編寫環(huán)境主要分為兩類：一種是采用面向?qū)ο蟮目梢暬母呒?jí)編程語言，如VC++、VB等編寫虛擬儀器的軟件，這種方法實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)靈活性高，在目前應(yīng)用是最多的；另一種是圖形化的編程語言，有很好的可讀性，而且學(xué)習(xí)也比較容易，如HPVEE 及LabVIEW等就很適合沒有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)工作者使用。

選擇LabVIEW主要是因?yàn)槠湎鄬?duì)于其他軟件來說，有更多的資源可利用，可減少開發(fā)時(shí)間。就LabVIEW軟件本身而言，模塊操作，簡(jiǎn)單易學(xué)，適合于大部分的開發(fā)者。

三、異步電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 異步電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)框圖如圖1所示，主要分為以下幾個(gè)部分：上位機(jī)軟件、數(shù)據(jù)采集卡、DSP芯片及其外圍電路部分、驅(qū)動(dòng)電路、逆變模塊以及相關(guān)傳感器等。

四、上位機(jī)軟件的設(shè)計(jì)1軟件功能分析

上位機(jī)軟件主要完成電機(jī)的自動(dòng)測(cè)試功能，在功能方面要全面，包括電機(jī)測(cè)試實(shí)驗(yàn)選擇、測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示、歷史實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)查詢、兩個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)特性比較等功能。

2軟件設(shè)計(jì)框圖

根據(jù)測(cè)量的內(nèi)容和測(cè)量的順序可列出軟件的設(shè)計(jì)框圖，如圖2所示。

五、綜述 通過虛擬儀器技術(shù)，可以快速、高效地開發(fā)出模塊化、智能化、集成度高的電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)各種參數(shù)的測(cè)試，并且有較好的控制精度。虛擬儀器有諸多優(yōu)點(diǎn)，是未來測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展方向，在這方面的研究也會(huì)越來越多，虛擬儀器在功能方面將更完善，速度將更快，測(cè)試效率也會(huì)大大提高。

筆者開發(fā)的異步電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，其上位機(jī)軟件部分是基于LabVIEW編程環(huán)境開發(fā)，在開發(fā)過程中使用了許多其中的功能模塊，節(jié)省了許多開發(fā)時(shí)間。因虛擬儀器可完成的功能較多，本測(cè)試系統(tǒng)在異步電機(jī)測(cè)試方面已能完成電機(jī)的基本測(cè)試，經(jīng)過實(shí)際測(cè)試表明，本文設(shè)計(jì)的電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，發(fā)揮了虛擬儀器靈活方便的特點(diǎn)，在測(cè)試領(lǐng)域具有較高的實(shí)用價(jià)值和推廣價(jià)值。

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