基于虚拟仪器电机测试平台设计

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1、第31卷第1期长江科学院院报Vo1．31No．12014年1月JournalofYangtzeRiverScientificRehashInstituteJan．20l4DOI：10．3969／j．issn．1001—5485．2014．01．015基于虚拟仪器的电机测试平台设计陈亮明，于军。章红，何圆球(江汉大学物理与信息工程学院，武汉430056)摘要：基于虚拟仪器和LabVIEW软件开发平台，完成电机测试平台的软硬件设计。测试平台主要对电机的电压、三相电流、功率因数、温度、转速、扭矩等信号进行采集，然后经过融合

2、处理，对电机的综合性能进行评价。硬件设计主要包括信号采集、信号调理、信号处理等模块。其中信号调理电路主要包括电流转电压模块、电压放大模块、电流源模块和频压转换模块；信号处理主要利用NI—PCI6221数据采集和处理卡实现。软件设计主要是基于LabVIEW，利用信号选择控件、动态数据转换控件以及显示控件分别完成信号的采集与选择、信号的处理与显示，并利用PID控制算法完成电机转速和扭矩控制等。经过测试，测试平台可以达到预期的测试效果，研究工作是电机性能测试控制技术领域中的一次创新性尝试。关键词：虚拟仪器；LabVIEW；

3、电机测试平台；PID控制中图分类号：TP273．1文献标志码：A文章编号：1001—5485(2014)01—0072—05和图表的形式显示在显示屏上，同时利用PID控制算法得到电机的控制信号，控制信号通过变频器实1研究背景现对电机的控制。由于磁粉制动器在加载过程中会出现发热现象，所以采用水箱实现对磁粉制动器的电机是将电能转换成机械能最主要的设备，它散热。的可靠运行是保障整个系统长期稳定运行的基础。电机的特性、参数与电机本身的安全运行和系统的稳定运行有着直接的关系。目前国内电机参数测量主要在电机出厂检验的环节，主要测

4、量的基本参数包括转速、扭矩、功率。以往，在电机性能测试方面，通常采用传统仪器测量和相应控制¨J。本文基于图1系统整体框图虚拟仪器和LabVIEW软件开发平台，完成信号调理Fig．1Blockdiagramofthesystem板的设计，并通过NI公司提供的数据采集卡实现对电机特性参数的采集，利用LabVIEW软件实现电机2．2信号流图特性参数的显示和控制算法研究，这是对电机性能由传感器测量得到电机的电压、三相电流、功率测试控制技术领域进行一次创新性尝试。因数、温度，以及转速和扭矩等信号传送到信号调理板，调理为标准电压

5、信号后输送到采集卡NI—PCI6221中，采集卡对其进行采样后由计算机软件2方案设计进行处理。信号流方框图如图2所示。2．1总体方案原理电流‘电流L电流，_电压v功率因素cos0IJIJj信号工本设计的整体原理框图如图1所示，随着负载I调U．控的大小发生变化，电机的性能会发生变化。本系统ffff一理板竺Z一机利用扭矩、速度等传感器对电机的扭矩、转速、电压、温度温度转速扭矩7_电流等参数进行测试，经信号调理板处理送入工控图2信号流方框图机，工控机根据设计的算法，将电机性能参数以曲线Fig．2Blockdiagramof

6、signalflow收稿日期：2012—12—17；修回日期：2013—02—21基金项目：武汉市科技计划项目(201051099415—12)作者简介：陈亮明(1963一)，男，浙江温州人，副教授，主要从事运动控制系统和自动化方面的教学和研究，(电话)13377853839(电子信箱)249620908@qq．eom。第1期陈亮明等基于虚拟仪器的电机测试平台设计73(4)F／V模块：由于测量的扭矩和转速是频率信号，而采集卡NI—PCI6221的输入信号是标准电3信号调理硬件系统设计压信号，因而设计一个F／V转换电路

7、。该电路是由整体电路分成4个模块来分析，分别是电流转F／V转换芯片ADVFC32及其外围电路组成，通过电压模块、电压放大调整模块、电流源模块、频压转选取不同的电阻和滑动电位计，可以将不同范围内换(F／V)模块。的频率信号转换为标准电压信号。该模块的电路原(1)电流转电压模块：采用转换芯片RCV420，理图如图4所示。其性能稳定，精度高。(2)电压放大调整模块：采用集成运放LM3244软件系统设计及电阻、电容等组成，经济实用，滑动变阻器可以方便地调节电压放大倍数。本设计采用的测试软件是LabVIEW8．6，Lab—(3

8、)电流源模块：由运放LM324和N沟道VIEw是一种程序开发环境，它采用图形化编辑GMOSFET等组成，其作用是测试时进行电流驱动，达语言编写程序，产生的程序是框图的形式J。本到既能增加驱动能力，又能对电机过载保护的目的。测试平台软件部分包含数据处理模块、显示模块、该模块的电路原理图如图3所示。PID控制模块等。编程总体思路如图5所示。C39l