基于LabVIEW的電機(jī)壽命測(cè)試控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

作者 王瑛(奇瑞新能源汽車(chē)技術(shù)有限公司，安徽 蕪湖 241002)

　　摘要：本文介紹了基于LabVIEW的電機(jī)壽命測(cè)試控制系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了其系統(tǒng)架構(gòu)和測(cè)試平臺(tái)的搭建，并對(duì)電機(jī)壽命測(cè)試的工作過(guò)程做了詳細(xì)的說(shuō)明。系統(tǒng)具有友好的人機(jī)交互界面，控制效果好，可靠性高。

　　關(guān)鍵詞：LabVIEW;電機(jī);壽命測(cè)試;控制系統(tǒng)

　　*基金項(xiàng)目：蕪湖市科技重大專(zhuān)項(xiàng)“高性能平臺(tái)化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研發(fā)”(項(xiàng)目編號(hào)2017zd01)。

　　0 引言

　　LabVIEW是美國(guó)NI公司推出的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)軟件，具有簡(jiǎn)潔圖形化編程環(huán)境和強(qiáng)大的功能。它廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集與控制、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域。采用虛擬儀器技術(shù)，有以下優(yōu)勢(shì)：1.突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲(chǔ)等方面的限制;2.利用計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源，增加了系統(tǒng)靈活性;3.通過(guò)軟件技術(shù)和相應(yīng)數(shù)值算法，實(shí)時(shí)、直接地對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析和處理，通過(guò)圖形用戶(hù)界面(GUI)技術(shù)，真正做到界面友好，人機(jī)交互^[1] 。

　　本文利用了LabVIEW的上述特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了電機(jī)壽命測(cè)試控制系統(tǒng)，可以根據(jù)測(cè)試工況自動(dòng)運(yùn)行，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)，系統(tǒng)異常時(shí)自動(dòng)停止并報(bào)警，保障系統(tǒng)安全，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)壽命測(cè)試的自動(dòng)化。

　　1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　1.1 系統(tǒng)原理及架構(gòu)

　　本文設(shè)計(jì)的電機(jī)壽命測(cè)試控制系統(tǒng)是采用美國(guó)NI公司的LabVIEW8.0軟件平臺(tái)和NI PXI-8464 雙端口收發(fā)器，NI PXI-6528 I/O模塊構(gòu)建而成，其系統(tǒng)組成如圖1所示。電機(jī)壽命測(cè)試控制系統(tǒng)由同軸相連的永磁同步電機(jī)1和永磁同步電機(jī)2、電機(jī)控制器1、電機(jī)控制器2、高壓電源、低壓電源(圖中未畫(huà)出)、報(bào)警燈驅(qū)動(dòng)模塊、報(bào)警燈以及LabVIEW上位機(jī)組成。LabVIEW通過(guò)PXI-8464分別與電機(jī)控制器1和電機(jī)控制器2進(jìn)行CAN通訊，PXI-6528輸出的數(shù)字信號(hào)給報(bào)警燈驅(qū)動(dòng)模塊，用以控制報(bào)警燈的工作。本系統(tǒng)采用LabVIEW軟件所提供的工具包搭建壽命測(cè)試控制平臺(tái)，其實(shí)現(xiàn)的功能主要有：實(shí)時(shí)采集CAN總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)并顯示;按照預(yù)先定義的壽命測(cè)試工況自動(dòng)發(fā)送控制指令給電機(jī)控制器1和電機(jī)控制器2;記錄測(cè)試數(shù)據(jù);實(shí)時(shí)監(jiān)控電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài);系統(tǒng)運(yùn)行異常時(shí)報(bào)警燈閃爍并響警鈴。

　　2 測(cè)試控制平臺(tái)搭建

　　電機(jī)壽命測(cè)試控制系統(tǒng)是基于LabVIEW8.0版本進(jìn)行設(shè)計(jì)的。該設(shè)計(jì)中前面板共包括五個(gè)選項(xiàng)卡(見(jiàn)圖2)：首頁(yè)、控制、監(jiān)測(cè)、波形和預(yù)留頁(yè)面。該控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)控制、監(jiān)測(cè)、顯示、記錄等功能。打開(kāi)該系統(tǒng)，選擇測(cè)試工況文件，選擇數(shù)據(jù)記錄路徑，點(diǎn)擊“開(kāi)始測(cè)試”便可進(jìn)入測(cè)試工況。點(diǎn)擊“一般保存”或“故障時(shí)保存”便可實(shí)現(xiàn)周期性實(shí)時(shí)存儲(chǔ)測(cè)試數(shù)據(jù)或故障發(fā)生后觸發(fā)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能來(lái)保存測(cè)試數(shù)據(jù)。此時(shí)可以在控制、監(jiān)測(cè)和波形選項(xiàng)卡頁(yè)面讀取電機(jī)和電機(jī)控制器的控制信息、狀態(tài)信息和故障信息，若有故障發(fā)生，該系統(tǒng)可發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并自動(dòng)按預(yù)定順序安全停止電機(jī)運(yùn)行。

　　電機(jī)壽命測(cè)試控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖3所示，其主要模塊有：輸入模塊、CAN通訊模塊、測(cè)試控制模塊、故障診斷模塊、顯示模塊和存儲(chǔ)模塊等。

　　3 工作過(guò)程

　　電機(jī)壽命測(cè)試控制系統(tǒng)LabVIEW上位機(jī)界面運(yùn)行后，系統(tǒng)自動(dòng)讀入所選定的測(cè)試工況數(shù)據(jù)到LabVIEW程序中。

　　本文中的CAN通訊模塊包括CAN0和CAN1兩個(gè)模塊，分別用于與電機(jī)控制器1和電機(jī)控制器2的通訊。其中每個(gè)CAN模塊都包含數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)解碼、數(shù)據(jù)接收四個(gè)子模塊。

　　點(diǎn)擊“開(kāi)始測(cè)試”按鈕后，時(shí)鐘模塊顯示測(cè)試開(kāi)始時(shí)間和當(dāng)前時(shí)間。電機(jī)壽命測(cè)試控制系統(tǒng)通過(guò)CAN數(shù)據(jù)編碼子模塊把所讀取的測(cè)試工況，主要為電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制信息，編碼成CAN消息的格式，通過(guò)CAN數(shù)據(jù)發(fā)送子模塊發(fā)送到CAN總線(xiàn)上，兩臺(tái)電機(jī)控制器從各自的CAN總線(xiàn)上接收CAN消息用于控制永磁同步電機(jī)的工作。電機(jī)壽命測(cè)試控制系統(tǒng)通過(guò)CAN數(shù)據(jù)接收子模塊接收CAN總線(xiàn)上的消息，通過(guò)CAN數(shù)據(jù)解碼子模塊把CAN消息解析成相應(yīng)的物理量，主要為電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)信息和故障信息，若有故障發(fā)生，報(bào)告相應(yīng)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障，在前面板監(jiān)測(cè)頁(yè)面點(diǎn)亮相應(yīng)的報(bào)警指示燈。

　　CAN總線(xiàn)監(jiān)控模塊讀取每一幀CAN消息的時(shí)間戳，如果某一循環(huán)周期內(nèi)時(shí)間戳的值未更新，則認(rèn)為CAN總線(xiàn)中斷，報(bào)告CAN總線(xiàn)中斷故障，點(diǎn)亮前面板監(jiān)測(cè)頁(yè)面中CAN總線(xiàn)中斷故障報(bào)警指示燈。

　　當(dāng)發(fā)生電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)故障或CAN總線(xiàn)中斷故障時(shí)，在前面板首頁(yè)點(diǎn)亮相應(yīng)的負(fù)載電機(jī)或被測(cè)電機(jī)的故障指示燈。電機(jī)壽命測(cè)試控制系統(tǒng)進(jìn)入自動(dòng)停止程序，按安全順序逐步發(fā)指令停止兩臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行，同時(shí)給出報(bào)警信號(hào)，報(bào)警燈閃爍并響警鈴，用于提示操作人員。

　　正常運(yùn)行時(shí)按下停止測(cè)試按鈕，便進(jìn)入停止運(yùn)行程序，按照安全順序逐步停止兩臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行。

　　顯示模塊和存儲(chǔ)模塊用于顯示和存儲(chǔ)CAN解碼后的反饋信息(包括狀態(tài)信息和故障信息)和CAN編碼前的控制信息。

　　4 結(jié)論

　　電機(jī)壽命測(cè)試控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了測(cè)試過(guò)程的自動(dòng)化，無(wú)須人工發(fā)送CAN消息便可實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)電機(jī)按預(yù)先設(shè)定工況進(jìn)行測(cè)試;一旦有故障發(fā)生自動(dòng)停止電機(jī)運(yùn)行并報(bào)警，有效地縮短了人工控制的反應(yīng)時(shí)間，提高了系統(tǒng)的安全性。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[3]王莉,楊鵬.基于LabVIEW的虛擬示波器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2010,29(1):62-64.

　　[4]王歡.基于LabVIEW的實(shí)時(shí)控制與仿真技術(shù)應(yīng)用研究[D].南京航空航天大學(xué),2008.

　　作者簡(jiǎn)介：

　　王瑛(1985-)，女，工程師，研究方向：新能源汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制技術(shù)。

本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第2期第29頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處