基于虛擬儀器技術電動車電機性能、綜合測試儀軟件設計獨家優(yōu)秀】

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中文摘要 傳統(tǒng)的電機檢測設備主要依靠人工檢測工作，自動化程度不高，需要人工測試和記錄數據并對數據進行處理分析 ,這很大程度上限制了電動車檢測的效率，所以需要設計一套自動化測試平臺對電機的性能進行檢測。針對于無刷電機性能綜合測試，采用 形化測試軟件，通過傳感器測量電壓、電流、轉速、扭矩等參數；通過上位機軟件調節(jié)轉速和扭矩，動態(tài)模擬電機實際運行狀態(tài)，實現電機的輸入功率、輸出功率和工作效率的測量。系統(tǒng)具有計算、顯示、報警、存儲和打印報告等功能，可檢測電機的綜合性能，并判定產品合格與否，提高了產品檢驗 的效率和自動化程度。 關鍵詞 數據采集卡，測量控制，自動化 外文摘要 he on is to of so it is to a of to of of of by to of to of of so it of is or of 第 I 頁 共頁 目錄 1 緒論 . 1 課題研究的背景和意義 . 1 電機測試技術國內外發(fā)展現狀及趨勢 . 1 課題的主要工作及要求 . 3 2 總體方案設計 . 4 電機綜合測試內容 . 4 電機測試系統(tǒng)整體結構框圖設計 . 4 電機測試系統(tǒng)軟件結構框圖設計 . 5 速度測量與控制系統(tǒng)框圖設計 . 6 扭矩測量與控制系統(tǒng)框圖設計 . 6 數據測量處理與顯示框圖設計 . 7 3 虛擬儀器與 . 7 虛擬儀器介 紹 . 7 紹 . 8 4 系統(tǒng)硬件模塊介紹 . 9 傳感器模塊介紹 . 9 據采集卡 . 12 5 系統(tǒng)軟件設計 . 13 軟件注冊系統(tǒng) . 14 軟件登 錄系統(tǒng) . 17 軟件參數設置系統(tǒng) . 19 軟件控制系統(tǒng) . 20 軟件測量系統(tǒng) . 21 軟件測試報警系統(tǒng) . 29 測試數據實時顯示系統(tǒng) . 31 數據報表輸出系統(tǒng) . 32 數據查詢系統(tǒng) . 32 6 系數據處理與算法研究 . 33 濾波器介紹 . 33 濾波器處理 . 36 零位校正 . 39 7 系統(tǒng)調試與數據分析 . 40 系統(tǒng)調試 . 40 數據分析 . 42 誤差分析與處理 . 44 結論 . 46 第 共頁 經驗與體會 . 47 致謝 . 48 參考文獻 . 49 附錄： . 49 第 1 頁 共 54 頁 1 緒論 課題研究的背景和意義 隨著現代社會的發(fā)展，生活水平的提高 ，自然資源的日益匱乏以及人們環(huán)保意識的增強。電動車以電能為動力的環(huán)保形式登上了新世紀的歷史舞臺。電動自行車以其環(huán)保、節(jié)能、騎行方便等優(yōu)點越來越受到人們的喜愛。 電動車產業(yè)的發(fā)展無疑是將來新能源產業(yè)發(fā)展的必然趨勢，符合綠色環(huán)保的需求，是綠色環(huán)保、凈化空氣污染的最好代步交通工具。 電動機的作用是把電能轉化為機械能，作為電動自行車動力的來源，其性能質量的優(yōu)劣直接決定了電動車的穩(wěn)定性以及工作效率。電動車在出廠前要對其電機的相關性能進行檢測，傳統(tǒng)的電機檢測設備主要依靠人工檢測工作，自動化程度不高，需要人工測試和記錄數據 并對數據進行處理分析，這很大程度上限制了電動車檢測的效率，所以需要設計一套自動化測試平臺對電機的性能進行檢測。通過測量參數檢驗電機的性能，從而判定產品合格與否，提高產品檢驗的效率和自動化。 電機測試技術國內外發(fā)展現狀及趨勢 科學技術的發(fā)展都離不開測量和控制，測試技術在各個行業(yè)發(fā)展幾乎都會起到重要作用。電機是將電能轉換成機械能的設備，廣泛用于工業(yè)，農業(yè)，交通運輸業(yè)等日常生活中。為了獲得電機最大的效率和穩(wěn)定的性能，需要對電機的各個性能參數進行測量，再利用測試數據計算處理電機的參數和繪制電機工作特性曲線 圖，從而通過數據反映出電機的性能和質量，所以電機的測試技術對電機的質量和性能的提高有著非常重要的意義。 測量儀器技術是科學技術發(fā)展的基礎，但是科學技術的快速發(fā)展又推動著測量儀器技術的發(fā)展進程。測量儀器儀表技術發(fā)展至今，經歷了從電磁技術、模擬電子技術、數字電子技術、智能儀器技術和如今的虛擬儀器的發(fā)展歷程。 (1)指針式儀表 利用電磁感應定律，導體在變化的磁通量中產生感應電動勢，形成閉合回路后感應電動勢將驅使電子流動產生產生感應電流，且感應電動勢與該路徑磁通量第 2 頁 共 54 頁 變化成正比來實現對電路的測量，但容易受測量環(huán)境條件的 干擾，誤差較大。 (2)模擬式儀表 基于物理電磁學定律發(fā)展的儀器儀表，采用工人手工測量操作和記錄數據，通過計算處理數據。人工操作測量讀取數據不僅效率低，而且測量和記錄過程中會出現時間誤差和讀數出現讀數誤差等人為誤差。這樣的工作不僅僅導致效率低下，而且還測量精度不高，最后導致測量的結果準確度和可信度不高。 (3)數字化儀表 數字儀器是將模擬信號轉變?yōu)橹苯幼x取的數字信號的儀器。通過引入了鎖相技術、頻率合成技術和數字取樣技術等技術實現數字方式顯示，因此更方便了人們讀取數據，提高一定的效率。各種數字類儀器儀 表已經廣泛應用于人們的生產生活中。 (4)智能化儀器儀表 利用大規(guī)模電路和微處理器制作智能化化儀器，很大程度上提高了運算速度，同時也提高了工作效率。大部分情況可實現實時測量、實時控制、數據實時處理、記錄和保存等功能。智能化儀器使得測試控制技術水平有一定的技術突破和提高。 (5)虛擬儀器 科學的發(fā)展迅速，以計算機、傳感器和數據采集卡組成的虛擬儀器技術是當前最先進的實時測試測量和控制技術。這應該是電子測量技術的一次質的飛躍，真正實現了實時的高速度、高準確度、多參數等多種功能的測試測量和數據處理，不同地 域上的網絡化測試功能也在一定程度上實現了此功能。 在電機測試技的發(fā)展歷史上，美國和歐洲等發(fā)達國家先后設計和生產電機測試系統(tǒng)，使用計算機技術進行了對電機的性能測試，不僅實現數據的自動測試還實現了對數據的處理。例如：美國一電機測試公司自行設計生產的電機性能綜合測試儀，其功能可以實現對電機自動測試檢測，電機在運行時的電壓、電流、轉速、輸入功率、輸出功率和效率等多個參數進行數據的自動采集、處理、存儲、查詢等功能。而后德國的西門子公司也自行研制了自動化電機測試平臺測試儀，適用于無刷直流電機的性能參數測試。 不僅僅是國 外在研究電機自動化測試平臺，國內某些企業(yè)和科學研究機構還第 3 頁 共 54 頁 有一些大學都在研究電機自動測試平臺。例如：北京榮華電機公司自行研制的電機自動檢測儀，南京航空航天大學電機研究團隊研制的 電機檢測系統(tǒng)等。雖然起步晚，但在電機測試系統(tǒng)這一塊很大程度上彌補了我國的這一塊空白。 根據國內外電機測試儀器或電機測試平臺的發(fā)展可以看出， 20 世紀傳統(tǒng)的電機測試技術在技術層面上直接受限于計算機和傳感器技術的發(fā)展，不同程度上還影響著數據的采集和誤差，傳統(tǒng)技術根本無法滿足其現代測試技術更多新的要求。傳統(tǒng)儀器其功能 比較單一、價格昂貴和測試精度不高還自動化測試程度低，這將使得其設備很大程度上具有局限性和不穩(wěn)定性，想要實現對多類電機進行實時測試將會有很大困難。所以，以先進的計算機技術結合各電子技術、傳感器技術和數據采集技術等高科技技術，共同發(fā)展出新的測試控制技術與儀器技術是未來新的趨勢，這將使我們的科學測量控制上升到新的層次，新的空間。 課題的主要工作及要求 本課題采用 形化開發(fā)軟件，通過使用高精度的數據采集卡和傳感器模塊，連接計算機系統(tǒng)構建的電動車電機性能綜合測試平臺。該系統(tǒng)實時測量和控制電動車 的轉速，能動態(tài)模擬電動車的運行狀況，改變控制控制方式，連續(xù)調節(jié)運行速度。通過測量參數檢驗控制器和電機的性能，從而判定產品合格與否，提高產品檢驗的效率和自動化的程度。 共分為 5 個部分： （一）分析電機測試系統(tǒng)的要求；提出電機測試系統(tǒng)的方案；設計電機測試系統(tǒng)的思路；實現電機測試系統(tǒng)的功能。 （二）系統(tǒng)總體結構框圖設計、系統(tǒng)軟件結構框圖設計和各個模塊結構框圖設計。 （三）系統(tǒng)軟硬件功能設計 （ 1）實現電動車運行狀態(tài)的動態(tài)模擬； （ 2）實現電機速度和扭矩連續(xù)調節(jié)與控制； （ 3）實現電動車運行參數實時測量； （ 4）實 現對電動車電機參數顯示功能； 第 4 頁 共 54 頁 （ 5）進行系統(tǒng)調試、數據分析和驗證； （ 6）實現對電機測試數據的報表查詢和輸出。 （四）對電機綜合性能測試儀進行調試，并對其調試過程中的意外情況對測試系統(tǒng)進行修改或改進。 （五）對電機綜合測試儀的最終測試結果進行分析，根據理論計算是否產生誤差，并且對誤差產生的情況進行分析處理，并在軟硬件模塊中調節(jié)修正偏差，以此減小誤差對數據的影響。 2 總體方案設計 本課題采用 形化開發(fā)軟件，通過使用高精度的數據采集卡和傳感器模塊，連接計算機系統(tǒng)構建的電動車電機性能綜合測試平臺 。本測試平臺可針對 制和 制的電動車無刷直流電機運行時參數數據的測量和記錄。為評定電機的性能優(yōu)劣和穩(wěn)定性提供參考依據，也為提升電機質量提供研究方向。 電機綜合測試內容 電動機的作用是把電能轉化為機械能，作為電動自行車動力轉換的來源，電機性能的優(yōu)劣直接決定了電動車的整體質量與穩(wěn)定性。電動車在出廠前要對其電機的相關性能參數進行檢測，根據其參數的相關標準，可以直接判別電機質量的優(yōu)劣。對于電機的性能，追求效率最大化是最終的目標，這也是眾多電機評判標準中的最重要的一種。在電源電量一定的情況下， 最大化的效率不僅僅是節(jié)能，更多的是為電動車提供更好的續(xù)航能力，從而提高電動車整體質量。檢測系統(tǒng)主要檢測的是：一、電壓和電流的電量單位檢測，計算出輸入功率。二、轉速和扭矩非電量單位檢測，計算出輸出功率。可根據輸入功率和輸出功率便可計算出效率，從而根據結果判定電機的性能優(yōu)劣。電壓和電流是模擬信號，可由相關的傳感器進行信號的轉化測量數值大小，轉速和扭矩可通過相關傳感器轉化為開關量信號。大部分信號可直接由數據采集卡采集信號，不能直接采集信號的通過信號轉化再由數據采集卡采集。 電機測試系統(tǒng)整體結構框圖設計 第 5 頁 共 54 頁 電機測試系統(tǒng)整體結構由傳感器模塊、數據采集卡模塊、負載模塊、總線、算機等技術組成。無刷直流電機在運行時，各類傳感器測量將直接或間接的測量所測試的信號，將傳感器所采集的數字信號或模擬信號經過信號調理電路的放大和濾波處理，之后通過數據采集卡的采集通道采集，并將信號傳送到 體結構框圖如圖 1 所示。 圖 1 電機測試系統(tǒng)整體結構框圖 電機測試系統(tǒng)軟件結構框圖設計 為一個借助于虛擬面板用 戶界面和方框圖建立虛擬儀器的圖形程序設計系統(tǒng)軟件，同時也被視為一個標準的數據采集儀器軟件和儀器控制軟件。按系統(tǒng)工作流程劃分，其軟件結構如圖 2 所示，數據采集器采集到的數據并通過計算機總線傳遞至計算機。采集到的數據通過設備驅動程序到達 算機內部后，在計算機內通過 件平臺構成的應用程序對數據進行處理、分析與顯示，還有報表輸出。該應用程序由多個 程序構成。 無刷直 流電機 電機控制器 數據采集卡 算機 數據處理 數據顯示 電流傳感器 扭矩傳感器 電壓傳感器 轉速傳感器 扭矩控制器 磁粉加載機 報表生成 第 6 頁 共 54 頁 圖 2 電機測試系統(tǒng)軟件結構 框圖 速度測量與控制系統(tǒng)框圖設計 在 算機輸入相應的值進行對電機轉速進行調節(jié)，通過數據采集卡將相應的調節(jié)信號傳送給 制器控制電機轉動，再通過轉速光電傳感器測量相應的轉速，將轉速信號通過數據采集卡采集傳送到 算機處理與顯示，如圖3 所示。 圖 3 速度測量控制系統(tǒng)框圖 扭矩測量與控制系統(tǒng)框圖設計 扭矩的測量是基于機器轉軸在承受扭矩時產生扭應力的原理，用電測技術測出扭應力以求出扭矩值 ，如圖 4 所示。 算機通過數據采集卡輸 出模擬信號加到扭矩控制器調節(jié)磁粉加載機加載大小，磁粉加載機與直流電機相連，通過扭矩傳感器測量由于負載的變化從而引起的電機扭矩的變化。 圖 4 扭矩測量與控制系統(tǒng)框圖 硬件系統(tǒng) 數據采集卡 設備驅動程序 模塊 發(fā)平臺 應用程序 虛擬儀器前面板 速度 調節(jié) 計機 數據采集卡 制器 電 機 轉速 傳 感器 磁粉加載機 扭矩傳感器 直 流 電 機 信號處理電路 數據采集卡 算機 扭矩控制器 第 7 頁 共 54 頁 數據測量處理與顯示框圖設計 數據測量系統(tǒng)是通過 配置數據采集卡和計算機相關通信接口協(xié)議， 電機轉速或扭矩通過相應的傳感器將其測量轉化為相應的脈沖信號，而電壓電流通過相應的傳感器將其測量轉化為相應的模擬信號，通過信號調理電路和數據采集卡傳送到 算機， 算機將數據進行處理、保存， 并根據相應的算法顯示測量值，利用 圖形化方法顯示出連續(xù)的各測量值曲線圖，并將 應的文件函數寫入 格中，并根據系統(tǒng)測得的數據和曲線圖對電機的性能進行分析處理，如圖 5 所示。 圖 5 數據測量處理與顯示框圖 3 虛擬儀器與 虛擬儀器介紹 虛擬儀器技術（ 利用各種高性能的模塊化硬件與靈活高效的軟件相結合來完 成各種各樣的測量測試和自動化控制等功能的任務的。使用虛擬儀器有著改善產品質量、縮短產品周期和提高產品生產效率等優(yōu)點?，F實生產過程中的信號與設計的集成化虛擬儀器環(huán)境相連接，從而可以實現虛擬儀器數據采集系統(tǒng)采集分析現實生產中的數據信號，提取其中所需要的信號信息，因此實現實際生產生活中大范圍的生產效率提高。 虛擬儀器技術與其他儀器技術相比，有著四大優(yōu)勢。 (1)高性能：以 術為主導，包含功能超卓性能的處理器和文件 I/O，使得在用戶使用虛擬儀器系統(tǒng)的數據高速導入磁盤的同時，就能實現復雜數據的實時的分析和處理。 (2)擴展性強：由于 軟硬件靈活性技術優(yōu)勢，在程序后期的技術開發(fā)和擴展，到時只需要升級計算機函數庫或更新集成模塊化的硬件，就能以少量的投轉速 /扭矩電壓 /電流傳感器 電機 信號調理電路 數據采集卡 算 機 數據處理 轉速 /扭矩電壓 /電流數據顯示 輸出 第 8 頁 共 54 頁 資獲得豐厚的效益。 (3)周期短： 效的軟件礦建結構能迅速地與計算機和儀器儀表等器件連接在一起使用。最初是為了使用的用戶簡單方便的操作。但是其功能的靈活性與強大，使操作用戶能輕松地配置、創(chuàng)建和維護程序，使得用戶在低成本的情況下，就能實現控制測量等功能，解決實際中 的問題。 (4)無縫集成：虛擬儀器技術本質上是結合了集成軟硬件模塊的技術概念。隨著用戶需 求的功能不斷提高，功能越趨復雜。若使用傳統(tǒng)儀器來實現現今復雜的功能，則需要集成多個硬件測量模塊設備來實現。而連接集成設備模塊必定耗費大量時間，但現在用虛擬儀器技術便可以輕松解決這一問題。在虛擬儀器軟件平臺中，已經設置了為所有 I/O 設備提供了標準化接口，可幫助用戶輕松連接多個設備集成到一個單獨系統(tǒng)上測量，減少其功能任務的復雜性。 紹 美國國家儀器（ 司自行研發(fā)的一種強大的程序開發(fā)環(huán)境。其類似于 C 語言和 言開發(fā)環(huán)境一樣，有著可以完成大多數編程任務的函數 庫，各類函數庫有著各種完成收集處理數據的功能。但是 有著和其他計算機語言不同之處，其他的計算機語言基本上都是基于文本的語言產生代碼，而 用的是圖形化的編輯語言 G 編寫需要的程序，程序是以框圖的形式產生的。 開發(fā)環(huán)境集成了各種應用所需要的工具，旨在幫助使用者們解決問題和不斷創(chuàng)新還有提高生產力。 言程序開發(fā)環(huán)境中 序由前面板和后面板組成 。 前面板主要由 顯示控件 和輸入控件等控件來構成的 人機用戶操作界面 ，前面板也是 是 序的交互式輸入和輸出端口 。 輸入控 件是 后面板程序框圖提供數據 源 的輸入裝置，顯示控件則是顯示后面板程序框圖或生成的數據的輸出裝置 。 后面板便是程序框圖，所有的數據源的處理都在程序框圖中傳送處理分析的 。 前面板的輸入控件和顯示控件都能在后面板中一個對象端點與之相對應，輸入控件對象的端點便是在 序框圖中的數據流源點，而顯示控件對象的端點便是 序框圖中的數據流終點。每個控件端口之間的連線是其數據通道，數據都是單線流動的，也可以是從單一的數據源端口流向一個或多個接收 的 目的端口，但是注意數據源第 9 頁 共 54 頁 的數據類型是否與接收端接收的數據類型一樣，不一樣的 數據類型 將 不能 在兩數據端口使用和在其之間 流動 。 4 系統(tǒng)硬件模塊介紹 傳感器模塊介紹 傳感器是一種對被測信息敏感的檢測裝置，能夠將感受到測量的信息按一定規(guī)律變換成電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足被測信息的傳輸、處理等要求。 不僅要根據工作要求選用傳感器，還要根據傳感器本身特性選用特定的傳感器來提高測量精度。傳感器特性有頻率響應、線性度、靈敏度、遲滯性、穩(wěn)定性等特性。 本次設計采用了電壓傳感器，電流傳感器，速度傳感器和扭矩傳感器四個傳感器。所用傳感器具體的型號參數在下文介紹。 電壓傳感器 電壓傳感器，又稱電壓變送器。是一種能檢測到電壓信息的裝置，并將其電壓信息按一定規(guī)律標準轉換成所需要的形式信息輸出。 圖 6 電壓傳感器 此測試系統(tǒng)采用的電壓傳感器如 6 圖所示。 電壓輸入： 0壓輸出： 0模擬輸入通道 集。 電流傳感器 電流傳感器，是一種能檢測到電流信息的裝置，并將其電流信息按一定規(guī)律第 10 頁 共 54 頁 標準轉換成所需要的形式信息輸出。 圖 7 電流傳感器 此測試系統(tǒng)采用的電流傳感器如圖 7 所示。 輸入電流： 0出電壓 0模擬輸 入通道 集。 轉速傳感器 轉速傳感器，采用光電效應來測量電機的轉速，將電機輪軸帶動輸出軸光電碼盤轉動，其物理量便轉化為脈沖式信號，有良好的抗干擾性能，能為系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的轉速信號。 圖 8 轉速傳感器原理圖 測試系統(tǒng)采用的 光電轉速傳感器測速原理圖如圖 8 所示。 產生的脈沖頻率為： 60 其中， n 為電機轉速，單位為 60 為光電碼盤被等分的光縫； f 為傳感器輸出脈沖信號頻率，單位為 由定時計數器 集或者由模擬輸入通道第 11 頁 共 54 頁 集。 扭矩傳感器 扭矩傳感器 采用應變片電測技術，在彈性軸上組成應變橋，向應變橋提供電源即可測得彈性軸受扭矩的電信號。將該信號放大后，經過電壓轉頻率，變成與扭矩信號成正比的頻率信號。扭矩傳感器輸出的是脈沖頻率信號。扭矩傳感器如圖 9 所示。 圖 9 扭矩傳感器 頻率輸出： 5 頻率轉電壓模塊 頻率轉電壓模塊是為了把扭矩傳感器測得的脈沖頻率信號轉化為 據采集卡可接受的電壓模擬信號，方便顯示計算扭矩或轉速大小值。 圖 10 頻率轉電壓模塊 此測試系統(tǒng)采用的 頻率轉電壓模塊如圖 10 所示。 頻率輸入： 0壓輸出： 0由模擬輸入通道 集。 頻率輸入： 0壓輸出： 0由模擬輸入通道 集。 扭矩控制器 扭矩控制器，又稱脈寬調制控制器，采用脈寬調制方式。 第 12 頁 共 54 頁 圖 11 扭矩控制器 此測試系統(tǒng)采用的扭 矩控制器如圖 11 所示。 電壓輸入： 0流輸出： 0由 D/A 輸出通道 出。 據采集卡 數據采集卡的功能是將傳感器或其他設備儀器采集到的模擬或數字信號，送到 軟件中進行處理和分析的。本系統(tǒng)采用的是 據采集卡，此數據采集卡使用的數據總線是 線。數據采集卡是經 線與計算機連接的， 立供電、反應迅速、操作方便等特點。 據采集卡上設計有 12辨率的 A/D 轉換器和 D/A 轉換器方便用戶使用，同時還提供了 16 路單端 （ 8 路雙端的模擬輸入通道（ 入正端和 入負端 ）和 4 路 D/A 輸出通道（ 16位的 3 個定時計數器（ 其中 A/D 轉換器輸入信號范圍有 : 0 10V、 5V、 10V，同時 D/A 轉換器輸入信號范圍有 : 0 5V、 0 10V、 5V、 10V，如圖 12 所示。 本系統(tǒng)數據采集卡采用的模擬輸入信號范圍均是 10V，分辨率為 12優(yōu)點可減小干擾，穩(wěn)定信號。但軟件系統(tǒng)內部使用的控件測量顯示范圍是0以在軟件程序編寫中 ， 測量值需要放大 2 倍，還原輸入信號量。 第 13 頁 共 54 頁 圖 12 管腳定義圖 5 系統(tǒng)軟件設計 基于 擬儀器技術電動車無刷電機綜合測試儀軟件設計系統(tǒng)。其系統(tǒng)主要包含四個測量模塊和兩個控制模塊等數據處理模塊。其中四個測量模塊有電壓測量、電流測量、轉 速測量和扭矩測量。而兩個控制模塊有轉速控制和扭矩控制。操作人員通過注冊、登錄后，進入主程序界面，進行相應的控制測量等功能操作，系統(tǒng)設計主流程圖如圖 13 所示 第 14 頁 共 54 頁 圖 13 系統(tǒng)設計主流程圖 軟件注冊系統(tǒng) 新用戶在使用此測試系統(tǒng)時，因為沒有用戶賬號而需要進行注冊，注冊系統(tǒng)流程圖如圖 14 所示。 登錄系統(tǒng) 參數設置 電機速度控制 電機扭矩控制 電機電壓測量 電機電流測量 電機速度測量 電機扭矩測量 數據處理 數據保存 報告生成 開始 結束 第 15 頁 共 54 頁 圖 14 系統(tǒng)注冊流程圖 注冊界面上有：輸入用戶名、請輸入密碼、再次輸入密碼和注冊授權號四個文本輸入控件， 還有一個確定按鈕。新用戶在注冊新賬號和密碼時，需要填寫注冊授權號，注冊授權號是更高一級的用戶權限管理。沒有注冊授權號，就不能進行新用戶的注冊，注冊界面如圖 15 所示，注冊程序圖如圖 16 所示。 N N Y Y 注冊用戶名 開始 設置密碼 再次輸入密碼 兩次密碼輸入是否相同？ 輸入授權號 授權號是否正確？ 結束 注冊成功 注冊未成功重新注冊 第 16 頁 共 54 頁 圖 15 注冊界面 圖 16 注冊程序 注冊成功后，顯示注冊成功，并顯示賬號密碼，如圖 17 所示 圖 17 注冊成功界面 第 17 頁 共 54 頁 由于注冊授權碼輸錯，賬戶名已被注冊，前后兩次密碼輸入不一樣時，注冊賬號就不會成功，并顯示原因，注冊不成功界面如圖 18 所示。 圖 18 注冊不成功界面 軟件登錄系統(tǒng) 用戶在注冊成功過后，進入其軟件登錄界面，軟件登錄系統(tǒng)流程圖如圖 19所示。 圖 19 軟件登錄流程圖 本軟件是基于虛擬儀器直流電機綜合測試平臺所編寫的，系統(tǒng)登錄圖如圖20 所示。 Y N 輸入用戶名 開始 輸入密碼 用戶名密碼是否正確？ 初始化主程序 進入主界面 結束 密碼不正確 第 18 頁 共 54 頁 圖 20 系統(tǒng)登錄 軟件用戶登錄系統(tǒng)采用條件結構編寫程序，當條件結構為真時，執(zhí)行條件為“真”的程序；當條件輸入為假時，執(zhí)行條件為“假”的程序。程序從注冊用戶的子 調取用戶信息，當輸入的用戶名和密碼與注冊用戶中的用戶名和密碼相同時，操作用戶才能登錄系統(tǒng)進入程序。登錄系統(tǒng)之后，系統(tǒng)會直接調 取主程序 動打開主程序。當輸入的用戶名和密碼與注冊用戶中的賬戶不同時，則條件結構為假，系統(tǒng)也會自動提示用戶名或密碼輸入不正確 ,系統(tǒng)登錄程序圖如圖 21 所示。 圖 21 登錄程序 由登錄成功進入主程序界面，主程序界面圖如圖 22 所示。 第 19 頁 共 54 頁 圖 22 主程序界面 軟件參數設置系統(tǒng) 軟件參數設置系統(tǒng)是為了滿足操作測試人員或者客戶的要求，方便電機型號信息的輸入和各種測試值的不正常報警值設定，電機型號信息也會在電機測試報表輸出中顯示，方便用戶查詢驗證產品質量信息 ,軟件參數設置圖如圖 23 所示。 圖 23 參數設置 第 20 頁 共 54 頁 報警值的設定是為了在測試過程中的安全操作提醒，因為在高扭矩高轉速狀態(tài)下，電機電流較大，有一定安全隱患。設定報警值后，在測試過程中，測量值超過或低于設定值時，系統(tǒng)就自動會發(fā)出聲光報警，提醒操作人員。 軟件控制系統(tǒng) 軟件控制系統(tǒng)包括：速度控制和扭矩控制兩個控制系統(tǒng)。速度控制和扭矩控制都是模擬量信號輸出控制，可以由 軟件的數值信號經過數模信號轉換進入 道進入數據采集卡，然后對目標進行輸出控制，如圖 24 所示。 圖 24 模擬量控制流 程圖 轉速控制系統(tǒng) 對于轉速的控制，是模擬電機手柄調速原理設計的，其手柄輸出 壓模擬信號來進行對電機轉速控制。 其中 1V 是電機啟動控制起始電壓信號， 機轉速控制系統(tǒng)軟件程序圖如圖 25 所示。 Y N 開始 初始化設備 輸出數字量到 道 是否結束？ 釋放設備 結束 第 21 頁 共 54 頁 圖 25 轉速控制程序 軟件通過在前面板旋轉數字控件輸出數字信號，再由 出通道輸出到數據采集卡進行數模轉換。隨著 軟件對電壓大小的調節(jié)， 電機轉速也隨著電壓的增加而線性增大。 扭矩控制系統(tǒng) 扭矩的加載控制是輸出電流模擬量對其磁粉加載機的控制，而軟件 輸出的信號只能是電壓模擬量信號，所以系統(tǒng)在硬件部分加了張力控制器電壓轉電流模塊，其功能是將電壓信號轉換成電流信號，電機扭矩控制系統(tǒng)軟件程序圖如圖 26 所示。 圖 26 扭矩控制程序 在前面板扭矩手動加載旋鈕控件，通過順時針旋轉控件，在程序圖中面板控件的對象輸出相對應數值，通過 出通道輸出到數據采集卡進行模數轉換，轉換過后的電壓模擬信號便可以直接輸送到硬件電壓轉換電流模塊的張力控制器，直接將 0壓模擬信號轉換成 0流模擬量信號直接對磁粉加載機進行加載控制。隨著 軟件調節(jié)大 小的變化，隨之磁粉加載機的扭矩也會變化。 軟件測量系統(tǒng) 軟件測量系統(tǒng)包括：電壓測量、電流測量、扭矩測量和轉速測量四個部分。其中電壓、電流和扭矩的傳感器測量信號都是模擬量信號，而轉速信號是光電傳第 22 頁 共 54 頁 感器產生的脈沖信號。因為信號的不同，軟件設計也不同。模擬量信號通過數據采集卡采集后，在軟件程序中經過模數轉換，再通過顯示控件通過數字信號形式顯示出來，模擬量信號測量流程圖如圖 27 所示。 圖 27 模擬信號測量流程圖 電壓測量 電機的額定電壓 為 60V，對電機實際電壓的測量也在 60V 左右。電壓傳感器電壓輸入范圍 0壓輸出 0模擬輸入通道 集。由于數據采集卡采用模擬輸入信號范圍為 10V，信號電壓輸入 0號輸出到 信號采集范圍為 0以對于實際電壓 60V 大小的測量得依靠直流電壓變送器的衰減來測量，選用適當的直流電壓變送器按照一定比例系數進行衰減，在數據采集卡中就得到 0模擬信號值。 軟件通過讀取信號采集卡的模擬量輸入通道信號值，在程序中通過還原放大直流電壓變送器衰減比例系數，使 0測 量值放大還原成 0實Y N 開始 初始化設備 初始化 件 讀取模擬口數據 數據處理 釋放 件 是否結束？ 釋放設備 結束 第 23 頁 共 54 頁 際測量電壓值，在前面板顯示控件上直接顯示測量的實際測量電壓值。為了防止其他因素的干擾，在其電壓顯示控件還添加了一個電壓顯示值范圍在 0條件結構。當測量值在 0，條件結構輸出為真，則顯示正常電壓測量值，電壓測量軟件程序圖如圖 28 所示。 圖 28 電壓測量程序 電壓測量公式：020 ，單位 V 。 電流測量 介于數據采集卡不能直接采集電流信號，所以硬件設計方面使用電流傳感器，將其經過電流轉化為電壓信號，從而方便數據采集卡的采集。電流傳感器的輸入電流范圍是 0出電壓范圍是 0數據采集卡采用模擬輸入信號范圍為 10，信號電壓輸入是 0號輸出到 信號采集范圍為 0模擬信號值。 軟件通過讀取信號采集卡的模擬量輸入通道信號值，在程序中通過還原其比例系數，使 0測量值放大還原成 0實際測量電流值，在前面板顯示控件上直接顯示測量的實際測量電流值， 電機電流測量程序圖如圖 29 所示。因為電流不可能出現負值，但由于電磁干擾會對其影響，所以添加了測量值大于 0 的條件結構，當測量值大于 0 時輸出為真，才輸出電流測量值。 第 24 頁 共 54 頁 圖 29 電流測量程序 電流測量公式：34 ，單位 A 。 扭矩測量 扭矩傳感器輸出的信號是比較高的頻率脈沖信號，在數據采集卡中也不能直接采集處理其信號，要通過一定方式處理扭矩傳感器傳出來的脈沖信號。扭矩傳感器輸出頻率范圍為 5用頻率轉電壓模塊將頻率輸入范圍是 0壓模擬信號，所以 扭矩傳感器頻率轉電壓范圍為 5據采集卡采用模擬輸入信號范圍為 10，信號電壓輸入是 5號輸出到 因為扭矩加載范圍為 0，當零扭矩加載時，扭矩傳感器輸出 10過頻率轉電壓轉換和數據采集卡采集接收后輸出到 信號為 5V。當滿扭矩加載時，扭矩傳感器輸出 5通過頻率轉電壓轉換和數據采集卡采集接收后輸出到 信號為 軟件通過 樣通道將信號采集處理，通過顯示控件顯示數值 ， 扭矩測量程序圖如圖 30 所示。 第 25 頁 共 54 頁 圖 30 扭矩測量程序 扭矩理論測量公式：120100 理論，單位 。 但在實際測試過程中，測試系統(tǒng)運行，電機空載空轉時，由于其他傳感器或電源模 塊對數據采集卡扭矩信號輸入有一定電磁干擾，軟件扭矩顯示控件測得大概 誤差。此誤差對最后的實驗結果有影響，為了減小誤差，在軟件測試程序中給予矯正。 所以，扭矩實際測量公式：11 實際，單位 。 因為扭矩傳感器是輸出脈沖信號，理論上是可以利用數據采集卡計數器的口進行計數處理的。但因為數據采集卡本身硬件條件，其計數器是從 65536開始減去其脈沖頻率值計數的，原本其脈沖信號范圍在 5隔一段時間，計數器重置， 會產生較大誤差。所以，系統(tǒng)沒有采用計數器方法測扭矩信號，而是采用轉換電壓法測扭矩信號。如果硬件條件允許的話，還是可以考慮計數器法測扭矩信號的。 轉速測量 1、測量頻率法 電機轉速測量原理是采用光電效應來測量電機的轉速，利用電機輪軸轉動時一起帶動輸出軸和光電碼盤轉動，轉盤上有 60 條分布均勻的光縫，每轉一圈的物理量便轉化為 60 個穩(wěn)定可靠的脈沖信號，將其脈沖信號輸入至 據采集卡的 8254 計數器的 ，通過該端口進行記數和顯示，頻率測轉速流程圖如圖 31 所示。 第 26 頁 共 54 頁 圖 31 頻率測轉速流程圖 該程序采用的是順序結構中的平鋪式順序結構，它包含了多個順序執(zhí)行的子程序或幀，使得程序框圖能夠按一定的順序執(zhí)行命令。如程序圖可知在計數通道0 輸出的計數值送至后一秒鐘變量 ，經過延時一秒之后，將此時寄存器中的計數值送至前一秒種變量 ，前一秒和后一秒的差值為 是一秒之內磁電轉速傳感器計數器的值，經過一定的數值處理之后就可以得到電機的轉速，轉速測量程序圖如圖 32 所示 . Y N 開始 初始化設備 輸 出 脈 沖 到行計數 初始化計數器 讀取計數值存為 2 數值存為 時 1S 轉速 V=否結束？ 釋放設備 結束 第 27 頁 共 54 頁 圖 32 頻率測轉速程序 頻率法測轉速公式： 1212 60/60 ,單位 速度公式： 單位 。（ R 為輪胎半徑， n 為轉速） 2、測量電壓法 轉速的測量，不僅可以用計數器功能實現，還可以用模擬通道實現。 利用電機輪軸轉動時一起帶動輸出軸和光電碼盤轉動，轉盤上有 60 條分布均勻的光縫，轉動的物理量便轉化為穩(wěn)定可靠的脈沖信號， 使用頻率轉電壓模塊把輸出的脈沖信號便可轉化為數據采集卡能采集的電壓信號，電壓測轉速流程圖如圖 33 所示。 第 28 頁 共 54 頁 圖 33 電壓測轉速流程圖 光電轉速傳感器在電機轉動過后輸出脈沖信號，頻率轉電壓電路模塊輸入端將其脈沖信號接收采 集信號頻率，輸出端輸出為數據采集卡采集范圍以內的電壓模擬信號。頻率轉電壓模塊頻率 輸入范圍是 0壓輸出 0-10