基于虚拟仪器的车用电机测试平台控制系统
由于采用交流测功机,系统实际具有对拖的能力,因此测功机和被测电机必然是一端采用转速闭环控制而另一端采用转矩闭环控制,从而达到一种动态的平衡。另外对于车用驱动电机来说一般采用转矩闭环控制,因此在本系统中采用下面的控制方式。
上位机与PLC 终端控制模块B( ET261) 之间通过CAN 总线进行通信。主变频器INV1 既可以从上位机也可以从ET261 接收转速指令并与测功电机DYNO 根据所接受的转速信号构成转速闭环控制。上位机与被测电机的控制器INV2之间依据实际情况可以采用不同的通信方式,考虑同整车通信协议的一致性,目前采用CAN 总线通信。被测电机及其控制器根据从上位机接受的转矩信号构成转矩闭环控制。
状态监控
上位机对系统的运行状态进行实时监控,并根据不同的状态采取相应的控制策略或随时接受操作人员的指令输入而采取相应的动作。采取分级的故障管理机制以保证系统安全可靠的运行。
主程序运行控制流程
主程序用户图形界面( GUI)
上位机用户图形界面采用LabVIEW 开发。在利用LabVIEW 开发程序界面过程中,充分利用了其在虚拟仪器方面的优势:
虚拟状态灯和系统状态码的合理使用,使操作者可以实时掌握系统运行的当前状态,并以此作为下一步操作的指导;
虚拟仪表盘的使用使操作者察看系统运行的转矩和转速更为轻松和方便;
虚拟示波器的使用使操作者对系统跟踪设定的能力和效果作出实时的评价。
主程序运行控制流程
图4 为主程序运行控制流程图。其中:
准备 准备过程包括工作模式选择、驱动信号选择、文件存储路径选择、数据存储时间间隔设定、最高转速设定、故障日志设定等。根据受试对象的不同会有差别。
数据文件操作 测试数据文件和数据存储文件可采用EXCEL 或文本文件格式,以便于测试前后的数据录入和处理。
故障处理 故障处理有一套完整的管理机制,将在后面作详细介绍。
故障报警及处理机制
对于一个复杂的自动化测试系统来讲,一套完整有效的故障报警及处理机制是必不可少的。本系统采用一套分级的故障管理机制,定义了两个类型3 个级别共64 种故障,既可以保证系统安全可靠的运行,又便于故障的诊断和排除。
故障处理流程
图5 是系统故障处理的流程图。故障类型、级别和种类的判断依据是系统各部件运行状态码,由各部件通过CAN 总线实时通知上位机。无论何种故障,最终都会以文本文件的格式存储在故障日志文件里。
故障定义及处理
故障类型
故障类型分为A 型和B 型。当故障发生时,首先需要判断的是故障的类型。A 型故障被定义为无需提交操作人员决策的故障,其处理方式为系统根据其级别自动处理。B 型故障被定义为必须提交操作人员决策的故障,必须由操作人员根据其级别决定处理方式。
故障级别
故障级别分为3 级。这也是系统故障管理机制的基础。一级故障被定位为最严重故障,必须停总电源、进行检修,譬如测功机过流、电机进出口压力过载等。二级故障被定义为次级故障,需要切断直流进行检修,譬如电机进出口温度过高等。三级故障被定义为轻微故障,但需要停被测电机和测功电机使能以便排除故障,譬如冷却水箱液位过低、空气开关工作异常等。
故障种类
共定义64 种故障种类,可以根据故障代码确定故障原因。另外根据实际测试过程中测到的新问题可以继续扩展。这是一个累积的过程。
试验结果
图6 为测试得到的某型号车用驱动电机及其控制器的特性和效率曲线图。
结束语
系统目前已在燃料电池轿车动力系统开发中应用,用于车用驱动电机及其控制器的综合性能测试。实验证明所设计的系统集成方案和控制策略可行,系统运行可靠,达到功能设计要求,并具有以下特点:
虚拟仪器技术的应用使系统硬件结构简化,成本降低,自动化程度提高;
实现手动/ 自动控制模式的无缝切换;
数据的输入与存储可通用EXCEL ,或文本文件自动完成,便于实验数据分析;
针对车用驱动电机的设计使系统最大程度的为整车动力系统的开发提供依据;
分级的故障管理机制保障系统安全可靠运行,并且方便故障的诊断和排除;
交流测功机的应用使系统具备进行电机动态测试的能力;
CAN 总线技术的应用提高了系统抗干扰能力,同时保持与整车通信协议的一致性。
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