电动机性能虚拟仪器测试系统设计与实现

　　摘要：将现代虚拟仪器技术应用于电动机性能测试领域，充分发挥了虚拟仪器技术开发效率高、灵活性兼容性强和可重用度高的特点，设计与实现了多路并行电动机的在线测试，并使用PID控制算法控制定标参量，最后通过TCP/IP协议实现了测试数据的远程共享和用户对测试系统的远程操控。

　　关键词：虚拟仪器 电动机测试 PID TCP/IP近年来，随着计算机技术的飞速发展，电动机计算机辅助测试（CAT）系统在电机行业得到了普及[1]。

　　基于计算机的电机性能测试也逐步取代传统的手动操作式电机检测，并向着自动化智能化的方向发展。然而，基于传统开发平台的电动机自动测试系统，往往面临开发周期长，成本高，兼容性和扩展性弱的不足，从而也阻碍了电动机自动测试系统的广泛应用。现代虚拟仪器技术的引入，通过虚拟仪器应用软件将计算机与标准化虚拟仪器硬件结合起来，从而实现传统仪器功能的软件化与模块化，以达到自动测试与分析的目的[2]。利用虚拟仪器技术用户可以通过图形化的编程环境和操作界面，轻松完成对待测对象的信号调理，过程控制，数据采集、分析、显示和存储，故障诊断以及网络通信等功能，大大缩短了系统开发周期；同时由于采用了标准化的虚拟仪器软硬件，测试系统的兼容性和扩展性也得到了很大程度的增强；除此以外，虚拟仪器技术的灵活性强和可重用度高，可以使用户的测试系统规模最小化，且易于升级和维护，用户甚至可以使用现有硬件组成另一套测试系统，从而减少不必要的重复投资，降低系统的开发成本。本电动机性能虚拟仪器测试系统采用的是美国国家仪器公司（National Instruments，NI）的LabVIEW和LabVIEW RT虚拟仪器软件平台，以及配套的NI PCI数据采集板卡、NI SCXI信号调理设备和NI compact FieldPoint（cFP）分布式I/O实时系统硬件。实现了多路电动工具性能的并行测试；并可根据用户设置，自动完成负载、扭矩、转速、功率以及机体温度的实时监控；最后通过TCP/IP协议实现了测试数据的远程共享，和用户对测试系统的远程操控。该系统具有开发周期短、使用效率高以及成本低廉的特点，同时具有很强的系统可扩展性和可重用性，具有很强的应用价值。

　　1.系统组成及工作原理

1.1. 系统组成

　　电动机性能虚拟仪器测试系统主要由主控机模块、cFP实时监控模块、测功机模块以及待测电机模块四部分组成，主控机模块为一台DELL工作站，用于提供图形化用户界面，完成对系统硬件的配置和对用户界面和控制参数的设置，并实时更新各指标参量对时间的波形显示，经过曲线拟合后得到电动机特性曲线，最后完成测试数据的记录工作。与此同时，主控机还通过嵌入式NI PCI数据采集卡完成对非控制参量，如输入电压和工作电流，的测量工作。cFP实时监控模块由两部NI cFP分布式I/O系统组成，通过TCP/IP协议与主控机通信，从主控机获得控制参数命令来控制测功机，并返回从测功机模块采集来的数据信号，交由主控机处理。其中模块A用于完成实时自动加载和控制指标参量的测量，并提供过载保护、紧急停车以及非法停机后的系统重建等应急措施；模块B用于完成对待测电机体表温度的实时监测。测功机模块由磁滞测功机和磁粉测功机两类组成，分别适用于不同类型的待测电机，被用于为待测电机提供一定的负载，并由其内部的传感设备将待测电机在该负载下的扭矩、转速以及输出功率等待测指标参量转换为cFP实时监控模块A可以接受的电压信号。

　　1.2.工作原理

　　电动机性能虚拟仪器测试系统可在两种工作模式运行下：自动工作模式和手动工作模式，主要测试项目有：1) 电动机输入电压曲线2)电动机输入电流曲线3)电动机输入功率曲线4)电动机扭矩曲线5)电动机转速曲线6)电动机输出功率曲线7)电动机机体表面温度8)

　　电动机机体内部温度自动工作模式下，主控机首先等待用户完成软硬件的设置和配置。然后提请用户选择负载测试或定参数测试，负载测试下用户需要设置负载曲线、负载时间、循环时间以及测试时间等测试参数；定参数测试下，用户可以选择指定扭矩、转速或是功率，并设置相应的定标参数、控制参数以及测试时间。完成以上步骤以后，就可以启动测试程序，测试系统即按照用户制定的负载自动加载同时完成对待测电机的性能测试；或是通过一定的控制算法保持定标参数的稳定并对该状态下的待测电机进行自动测试。系统运行的同时，用户可以在实时监测图表中观察各指标参量对时间的波形显示，经过曲线拟合后得到电动机特性曲线，并可将感兴趣的图表导出存盘。当完成测试时间后，系统自动终止测试。手动工作模式下，系统工作原理与自动工作模式下基本类似，只是系统不进行循环测试，而是提供一种交互式的测试环境，完成指定的测试项目后，等待用户的进一步操作。