基于LabVIEW异步电机测试系统的研究

杨晶++赵学玲

摘要：电子技术、计算机控制技术以及电机控制技术的不断发展，推动了电机测试系统的发展。本文分析了传统电机测试系统的性能，论述了基于虚拟仪器技术的异步电机测试系统结构及工作原理，阐述了基于LabVIEW异步电机测试系统的设计要点。经过实际测试表明，本文设计的电机测试系统操作简便，发挥了虚拟仪器灵活方便的特点，在测试领域中具有较高的实用价值和推广价值。

关键词：虚拟仪器；电机测试系统；LabVIEW

中图分类号：TM343文献标识码：A文章编号：1674-120X（2016）11-0059-02收稿日期：2016-01-06

作者简介：杨晶，女，安徽淮北人，天津职业技术师范大学中级讲师，本科，研究方向：电气技术；

赵学玲，女，天津职业技术师范大学副教授，硕士生导师，博士，研究方向：信号检测与处理、智能控制系统。

随着科技的进步，电机的性能也在不断地提高，电机的测试设备也需同时进步。目前来说，只有和计算机技术融为一体的测试技术才能完成自动测试的功能，因此，虚拟仪器技术将是实现自动测试的最佳选择。虚拟仪器技术在硬件方面，有成熟的数据采集板卡，并且其驱动程序在Windows环境下稳定可靠，抗干扰能力强；软件方面，可提供形态与传统仪表外形几乎一致的图形界面，开发过程变得容易，提高研发效率，界面丰富，便于功能的扩展。

一、电机测试系统的要求 对电机进行测试主要是为了得到电机的参数和各种特性，以便分析检查生产出的电机是否符合设计要求。对电机的检测，主要包括电机的输入电压和电流、输出的转速和转矩、功率以及功率因数等，根据这些测试参数可以得到电机的运行情况。另外，为了测试电机的各种运行特性，还要进行相关特性的试验，如负载试验可以得到电机带载的能力，以及其负载量与电机电压和电流等物理量的关系。

传统的电机检测方法中不管是利用模拟仪器、数字仪器还是智能仪器，都需要人工操作，而且由于其各自功能不同，在测试时不能一次或者少数次地完成测量工作，生产效率不高。在测试功能的自动化方面做得还不够好，功能单一，大部分仪器在实验项目和电机规格等方面受到限制，应用范围受到限制。

二、基于虚拟仪器的异步电机测试系统设计 虚拟仪器是指利用计算机、外围控制和参量采集设备控制被测设备实现自动化测量的测试系统。这种仪器利用先进的计算机运算能力，在计算机上编写各种功能的测试面板，来完成某个特定设备的全面的测量工作。外围的设备主要实现对被测设备参量数据的采集和控制，以完成自动化测量。除了测量功能外，虚拟仪器还能分析测量数据，灵活绘制曲线，存储数据和曲线，对比不同数据等。

1测试原理

异步电机测试系统是利用上位机软件向控制器发送控制信号，控制器根据上位机的控制信息控制功率模块，进而控制电机的运转。同时传感器等部件将采集的数据信息经转换后传输给数据采集卡，数据采集卡采集传感器信息，然后将数字量传送给计算机，计算机的上位机软件对数字量进行显示处理和分析等。同时，为实现自动测量，上位机软件可以通过控制器控制电机的运转。

2异步电机虚拟仪器系统的设计

异步电机虚拟仪器系统主要包括控制部分和测试部分。控制部分的主要核心是电机控制器，包括驱动模块、功率模块、控制模块，能完成电机的基本控制功能。异步电机虚拟仪器系统的开发，包括下位机及硬件开发、数据传输接口、上位机开发程序的设计。

（1）虚拟仪器接口的选型。对于设计功能简单的异步电机虚拟仪器，数据量不大、实时性要求不高的情况可以采用SCI通信。应用较多的是通过计算机接口的总线传送数据，一般采用这种方式时，需要配备一块接口电路板，主要用于连接、处理数据格式等。而对于要经常热插拔的数据接口，一般采用USB接口的设备，相对于其他的采集设备来说，其价格稍微高一些。

（2）数据采集卡的选择。被测设备的参量需要用传感器将其转化为电量，数据采集卡将电量信号保持，进行A/D转换，再传给上位机。一般数据采集设备具有多路同时采集的功能，也可以单路分时段采集。对于多个相关联的参量采集，如果要求最后的结果实时显示，可以对这几个相关联的参量进行多路同时采集。如果需要采集的参量较多，而又对实时性要求不高，通道数目不足，可以采用单通道分时段采集。采用单通道，需要下位机分时段传输参量信息，传输时上位机与下位机要有握手信号。在采集卡的内部有放大器电路，如果电量幅值较小，可以放大至一定的合理采集值。有的传感器使用时间久了，测量的电量就会产生偏移，数据采集卡采集到的数值就和被测设备实际的值不一致，这时可以采用上位机编程进行结果校正，实现正确测量。当偏移量较大时，需对传感器进行校正或者更换新的传感器。合理选择数据采集设备可以在较低的成本下完成测量任务。在选择时应首先考虑采集任务的可靠性，采集通道的数量上要留有备用通道，作以后系统扩展其他功能用。

（3）下位机及硬件电路。 只有数据采集设备还不能完成一个系统的全部测量。为了使数据采集卡出色地完成任务，还需设计一个下位机。下位机功能主要是统筹各个采集量，管理硬件电路，发送控制信号，采集硬件电路参数实行保护等。硬件电路可以直接和数据采集设备连接，也可以将数据量传送给发送硬件电路模块，发送硬件电路再根据上位机的握手信号进行发送。如果是多个硬件设备占用同一个数据通道，则需要逻辑电路控制其发送顺序。在设计时，要根据对需要采集的参量有什么样的要求来选择器件，一般选择的依据主要是其实时性和精度。下位机根据其完成的数据计算量选择合适的微处理器。

（4）上位机编程环境的选择。 虚拟仪器的软件部分可以由许多的编程环境来完成，如MATLAB、VC等。现在上位机编写环境主要分为两类：一种是采用面向对象的可视化的高级编程语言，如VC++、VB等编写虚拟仪器的软件，这种方法实现的系统灵活性高，在目前应用是最多的；另一种是图形化的编程语言，有很好的可读性，而且学习也比较容易，如HPVEE 及LabVIEW等就很适合没有经验的技术工作者使用。

选择LabVIEW主要是因为其相对于其他软件来说，有更多的资源可利用，可减少开发时间。就LabVIEW软件本身而言，模块操作，简单易学，适合于大部分的开发者。

三、异步电机测试系统硬件设计 异步电机测试系统框图如图1所示，主要分为以下几个部分：上位机软件、数据采集卡、DSP芯片及其外围电路部分、驱动电路、逆变模块以及相关传感器等。

四、上位机软件的设计1软件功能分析

上位机软件主要完成电机的自动测试功能，在功能方面要全面，包括电机测试实验选择、测试实验数据存储、测试实验数据分析、测试实验数据显示、历史实验数据查询、两个测量数据特性比较等功能。

2软件设计框图

根据测量的内容和测量的顺序可列出软件的设计框图，如图2所示。

五、综述 通过虚拟仪器技术，可以快速、高效地开发出模块化、智能化、集成度高的电机测试系统，实现电机各种参数的测试，并且有较好的控制精度。虚拟仪器有诸多优点，是未来测试系统的发展方向，在这方面的研究也会越来越多，虚拟仪器在功能方面将更完善，速度将更快，测试效率也会大大提高。

笔者开发的异步电机测试系统，其上位机软件部分是基于LabVIEW编程环境开发，在开发过程中使用了许多其中的功能模块，节省了许多开发时间。因虚拟仪器可完成的功能较多，本测试系统在异步电机测试方面已能完成电机的基本测试，经过实际测试表明，本文设计的电机测试系统操作简便，发挥了虚拟仪器灵活方便的特点，在测试领域具有较高的实用价值和推广价值。

参考文献：

〖1〗陈伯时电力拖动自动控制系统〖M〗北京：机械工业出版社， 2004.

〖2〗冯畹芝电机与电力拖动〖M〗北京：中国轻工业出版社，1991.

〖3〗姜风国基于虚拟仪器的电机电参数测试〖J〗机电工程，2007，24（4）.