基于LabVIEW的微电机性能测试系统

摘 要： 利用虚拟仪器开发平台LabVIEW开发一种微电机性能测试系统平台。该测试系统以测功机为核心，集数据采集、数据处理、波形显示和试验环境控制为一体。测试台在工控机的控制下自动完成了对两种规格无刷直流电动机动/静态性能测试和试验。利用LabVIEW内嵌的C语言子程序使系统具有灵活而又强大的数据处理能力，且能为以后的数据处理提供一个很好的平台。该试验台可较好地模拟现实工况条件，开展多种方式下的微电机性能试验研究。

关键词： LabVIEW； 测功机； RS 232通信； 数据处理

中图分类号： TN98?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）16?0117?03

Micro?motor performance test system based on LabVIEW

MOU Hai?tao， LI Yu?ren， LIANG Bo

（College of Automation， Northwest Polytechnical University， Xi’an 710072， China）

Abstract： A micro?motor performance test system was developed by means of the virtual instrument platform LabVIEW. The system takes the dynamometer as a core and integrates data acquisition， data processing， waveform display and test environment control as a whole. Under the control of an industrial personal computer， the test bench automatically completed dynamic/static performance testing and experiments of brushless DC electric motors with two specifications. The C language subroutine embedded in LabVIEW was utilized to make the system have extremely powerful and flexible ability of data processing， and provide a good platform for the later data processing. The test bench can simulate the actual working conditions， and carry out experimental study on the micro?motor performance test in various modes.

Keywords： LabVIEW； dynamometer； RS232 communication； data processing

随着多电/全电飞机概念的提出，机载作动设备逐渐从液压向电控、电动方向发展，作为飞机着陆滑跑时重要的机载设备――飞机刹车系统起着至关重要的作用[1]。电刹车系统作为一种新型刹车系统来取代传统液压刹车系统，不仅可以减小刹车系统重量而且控制精度高、控制精确从而提高刹车效率和性能。作为电刹车系统作动机构的核心部件――电机的性能好坏直接决定着极其重要的作用。本文设计一套用于测试电机性能的试验测试系统。利用计算机软件对试验过程进行自适应控制以及模糊控制等规律控制，实现试验参数的实时获取，并以曲线或表格的形式动态呈现实时参数等已成为测控领域的整体发展趋势[2]。

本文利用LabVIEW语言[3]编写了测控系统程序，该测控系统实现了试验参数的实时测量，可以实时参数进行曲线显示、存储和报表处理，编制的系统软件具备人机对话功能，操作简单、方便，是智能的人机交互系统。该测试系统可以对两种不同工作电压的电机进行性能测试。

1 系统组成

该试验台主要用于对两种规格无刷直流电动机的静态和动态性能进行测试和试验。一种用于其他小功率电机（160 V DC），另一种用于大功率电机（270 V DC）。

系统构成框图如图1所示。

图1 系统结构图

检测试验台可以采用交流220 V AC单相市电供电，也可选用标准的航空28 V DC或270 V DC直流电源供电或者自定义160 V DC，前者用于实验室，即插即用，无须标准稳压直流电源；后者可用于按照航空直流电压标准或自定义标准测试。检测试验台由电源、无刷直流电机控制驱动器（可对无刷直流电机进行控制驱动）、连续可调的加载及控制器、测试显示记录台、无刷电机试验台以及部分连接电缆组成[4]。

2 系统硬件

2.1 测功机

测功机是测试电动机输出参数的专用设备，结合本试验台的技术要求，选取ZC系列测功机，其具体型号和技术参数为：型号ZC40KB/W，转速范围为0～12 000 r/min，运行功率短时为1 200 W，连续运行功率为800 W。

2.2 电参数测量仪

电参数测量仪用于测量电机运行时直流稳压电源的电压、电流等参数。结合试验台技术要求选择DPA?9直流电参数测量仪。

2.3 直流稳压电源

试验测试台被测试对象为直流电机，且额定工作电压为160 V DC和270 V DC功率不小于5 kW可调电源，为此选择型号为WL?400，最大输出电流为30 A的连续可调直流稳压电源。该电源体积小、重量轻、电压范围宽并可连续调节，具有过压保护和限流、稳流作用，且过压值和限流值可以设定。

2.4 电机驱动控制器

驱动控制器主要用来完成对电机的控制，由于本系统有两种不同工作电压的无刷直流电机，故需设计两种电压级别的驱动控制器。

电机控制器是无刷直流电动机运行并实现各种调速伺服功能的控制中心，它主要完成以下功能：对各种输入信号进行逻辑综合，为驱动电路提供各种控制信号；产生PWM脉宽调制信号，实现电机的调速；实现短路、过流、欠压等故障保护功能。系统设计采用电流环和速度环的双闭环控制。根据动态和稳态性能要求确定PI调节器的参数。控制器总体框图如图2所示。

3 系统软件

3.1 试验台测控系统程序流程

试验台测控系统的控制流程如图3所示。

3.2 Front Panel 设计

在LabVIEW中，程序由VI的Front Panel 和Block Diagram 两部分组成，应用程序的人机界面就是 Front Panel，利用LabVIEW提供的各种控件结合控件的属性节点的设置可以设计出仪器化的用户界面[5]。该试验台用户界面如图4所示。

图2 控制器框图

图3 系统流程图

图4 微电机性能测试台用户界面

根据测控系统的功能设计界面为：试验环境选择部分；通信设置部分；曲线及数据显示部分；状态指示部分；电机参数设定部分；控制器参数设置部分；参数实际值部分。

3.3 无刷直流电机的试验项目

在计算机的控制下完成无刷直流电机性能测试，并绘制无刷直流电机运行特性曲线，主要包括无刷直流电机输出转矩、转速、电流、功率、效率等参数，主要功能如下：

（1） 完成无刷直流电机空载试验和负载试验。可测试无刷直流电机的电压、电流、负载转矩，无刷直流电机的响应速度以及调节的动态过程。

（2） 无刷直流电正/反转响应频率测试。无刷直流电机正/反转情况下的响应频率是无刷直流电机的重要性能指标，也是无刷直流电机检测试验的主要内容。

（3） 无刷直流电机寿命试验。可进行无刷直流电机寿命试验，根据无刷直流电机的设计寿命，在计算机控制下，完成无刷直流电机的寿命试验。也可以完成无刷直流电机带载条件下的寿命试验，并对试验过程的数据进行记录。

3.4 数据采集程序设计

RS 232是美国电子工业联盟（EIA）制定的串行数据通信的接口标准，全称是EIA?RS?232（简称232，RS 232）。通过RS 232可以实现计算机之间、计算机与设备之间相互通信，目前仍是通信领域广泛使用的方法之一。RS 232以其方便、经济的实现特点，一直深受工程界的青睐[6]。本文采取通信协议设定：端口为COM1，波特率为9 600 b/s，偶校验，8位数据位，1位停止位。RS 232通信程序接收及发送程序如图5和图6所示。

图5 RS 232发送程序

图6 RS 232接收程序

3.5 数据处理程序设计

为了提高本测量系统的抗干扰性能和减小测量数据的误差，在软件里采取程序滤波的方法，通过计算机软件来提高信噪比。

（1） 中值滤波法：将每次采集的数据与前一个的数据做比较，当两数值之间差大于一定范围时则认为是干扰信号，此时采用上次的数值作为本次采集的结果，否则采用本次采集数据。

[yn=xn-1， xn-xn-1xn-1≥δxn， xn-xn-1xn-1

（2） 平均值滤波法：平均值滤波是典型的线性滤波算法。采集几个周期的数据，并求其平均值，作为采集数据平均值滤波在连续域中的算法为：

[yaverage=1Ttt+Tx（t）dt] （2）

数字离散化之后的平均值算法为：

[yaverage=1Ni=kk+Nx（i）] （3）

通过利用LabVIEW中的移位寄存器实现了平均值滤波算法，先取15个数的和，再求其平均数。

4 结 语

本文利用LabVIEW语言编写了用于微电机性能的测试系统，该系统实现了试验参数实时测量，参数曲线显示、存储和报表处理，编制的系统软件具备良好的人机对话功能，操作简单、方便。利用此测试系统可以对工作在不同工况下的电机进行性能测试。测试结果证明：该平台能够按照测试系统设计功能要求，成功实现对微电机性能的测试工作。

参考文献

[1] 高凡，李玉忍，梁波.飞机防滑刹车实时状态监测系统设计[J].电子测量技术，2013（2）：113?115.

[2] 李玉忍，韩伟，杨崇刚.基于LabVIEW的墨彩磨损试验机智能测控系统[J].现代电子技术，2010，33（8）：178?185.

[3] 寇韵，李玉忍，梁波.基于LabVIEW的飞机电气综合试验管理系统设计[J].现代电子技术，2011，34（14）：124?127.

[4] 逯九利，李玉忍.无刷直流电动机在全电刹车系统中的应用[J].微特电机，2005（1）：24?26.

[5] 王磊，陶梅.精通LabVIEW 8.X[M].北京：电子工业出版社，2008.

[6] 王丁磊.扩展RS?232通信距离的几种方法[J].安阳大学学报，2003（3）：21?22.