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1、毕业设计报告(论文) 题目：电机性能虚拟测试系统设计所 属 系 电子工程系 专 业 自动化 学 号 01208308 姓名 姜晖 指导教师 许大宇 起讫日期 2012.2 - 2012.5 设计地点 东南大学成贤学院 东南大学成贤学院毕业设计报告（论文）诚 信 承 诺本人承诺所呈交的毕业设计报告（论文）及取得的成果是在导师指导下完成，引用他人成果的部分均已列出参考文献。如论文涉及任何知识产权纠纷，本人将承担一切责任。 学生签名： 日期：基于电机虚拟性能测试系统 摘要虚拟仪器是在计算机基础上通过增加相关硬件和软件构建丽成的、具有可视化界面的仪器，它借助开发软件平台编制虚拟仪器面板，完成对仪器的控
2、制、数据分析和显示，改变了传统仪器的使用方法。自从 LabVIEW 问世以来，虚拟仪器技术越来越广泛地应用于各个领域。本文应用虚拟仪器技术，研究、开发了一套电机自动测试虚拟仪器系统，实现电机的型式试验和出厂试验等功能。在此基础上确定了试验项目分类设计的系统软设计思想，并运用Lab WindowsCVI开发了电机测试系统软件；针对电机测试的主要项目，完成了系统型式试验的任务，实现了预期的设计目标，表明所开发的虚拟仪器软件系统是可行、有效的。本文主要研究内容如下：首先，分析了用虚拟仪器实现电机测试的需求和要点，从电机类型、实验所采集的物理量等角度对各类电机的试验项目进行了整理和分类，确定了虚拟仪器
3、系统软件的设计思想，并详细分析了测试系统中的各类数据及其相互关系，据此对虚拟仪器软件系统进行了模块结构设计。其次，研究了系统各个模块的具体实现方式，探讨了数据采集、数据保存技术等实现中的重点难点问题；运用具有针对性的试验数据处理与向其他软件提供数据接口以供二次开发相结合的数据处理方法，实现了数据处理的方便性与灵活性。 关键词：虚拟仪器；测试系统；数据采集与处理；电机Research on the Virtual Instrument Technology BasedAutomatic Motor Testing SystemAbstract Virtual instrument is a sp
4、ecial equipment with visual interfaces based oon computer related hardware and softwareIt completes instrument control，data analysis and display， and other functions on the designed virtual instrument panel with the help of a software developed platformIt has changed the manner in which traditional
5、instruments operatedSince the advent of LabVIEW advocated by NI Company，virtual instrument technology b as been Widely applied into many areas An automatic testing system for motor is developed based on virtual instrument technology and Lab WindowsCVI integration developing platform in this thesisIt
6、 implements motor testing。Such as type testing and predelivery testing，and some relating functions，such as data acquisition，testing controlling，real time display，data storage and analysisThe testing precision and efficiency are greatly increasedThe main contents of this paper are as follows： Firstly
7、，requirements and key factors for virtual instrument and motor testing are analyzed and various testing items ale classified from some points in practices，such as the physical quantifies needed to collected,data Structures ，test processing requirements and so forthAccording to the above classificati
8、on,a modulebased software design plan is determinedThen testing data and their mutual relationships are analysis at length,and functional models for different modules of the virtue instrument system software are also built up Secondly,an automatic testing system for motor is developed under Lab Wind
9、owsCVI developing platform,concerning some key testing items of type testing and pre-delivery testingSome main modules in the system are elaborated to achieve the desired goalsBesides，some key and difficult problems for virtual instrument designing ale discussed，egThe collection of data,data preserv
10、ation technology and data processing method and et a1.Meanwhile,some conventional laboratory test items for electrical motor are done and some testing data are given 8S examples to show how the system is running Key words：Virtual instrument;Testing Systems;Data Acquisition and Processing;motor目 录摘 要
11、IAbstract II目 录第一章 引 言11.1 研究的背景与意义11.2 研究思路及内容11.3 总体方案及结构2第二章 相关文献综述3第三章 虚拟仪器简介5第四章 电机自动测试系统总体设计 4.1 虚拟仪器系统设计概述 4.2 电机自动测试系统的功能分析 4.3 测试系统的硬件设计 4.4 系统数据分析 4.5 软件结构及算法第五章 LabVIEW软件 5.1 LabVIEW软件的简介 5.2 电机测试系统结构 5.3 LabVIEW程序设计 5.4 LabVIEW软件开发平台实现测试数据录入数据库以及数据库的访问设计总结致 谢参考文献引 言1.1 研究的背景与意义技术的发展对电机性能
12、和质量指标提出越来越高的要求，电机试验是对电机装配质量及技术性能综合评价的重要环节，是电机制造和生产的重要工序。传统的试验设备和方法由于操作时间长，需观测的仪器多，人工读取测试数据和进行数据分析、计算，在一定程度上影响了电机测试的质量和精度。本课题提出利用虚拟仪器技术对电机性能进行测试，有效克服了传统测试方法的缺陷，提高了工作效率。近年来，随着计算机技术的飞速发展，电动机计算机辅助测试（CAT）系统在电机行业得到了普及。基于计算机的电机性能测试也逐步取代传统的手动操作式电机检测，并向着自动化智能化的方向发展。然而，基于传统开发平台的电动机自动测试系统，往往面临开发周期长，成本高，兼容性和扩展性
13、弱的不足，从而也阻碍了电动机自动测试系统的广泛应用。现代虚拟仪器技术的引入，通过虚拟仪器应用软件将计算机与标准化虚拟仪器硬件结合起来，从而实现传统仪器功能的软件化与模块化，以达到自动测试与分析的目的。利用虚拟仪器技术用户可以通过图形化的编程环境和操作界面，轻松完成对待测对象的信号调理，过程控制，数据采集、分析、显示和存储，故障诊断以及网络通信等功能，大大缩短了系统开发周期；同时由于采用了标准化的虚拟仪器软硬件，测试系统的兼容性和扩展性也得到了很大程度的增强；除此以外，虚拟仪器技术的灵活性强和可重用度高，可以使用户的测试系统规模最小化，且易于升级和维护，用户甚至可以使用现有硬件组成另一套测试系统
14、，从而减少不必要的重复投资，降低系统的开支。1.2 研究思路及内容克服传统测试方法的缺陷，提高工作效率。科学技术的发展对电机性能和质量指标提出了越来越高的要求，电机测试技术的发展与电机工业的发展是密切相关的。电机试验是对电机装配质量及技术性能综合评价的重要环节，是电机制造和生产的重要工序。传统的试验设备和方法由于操作时间长，需观测的仪器多，人工读取测试数据和进行数据分析、计算，在一定程度上影响了电机试验的质量和精度。随着目前电机设计水平、工艺水平的进一步提升，以及电机原材料的性能不断提高，电机的性能和质量指标有了很大的提高。因此，对电机测试技术的要求也日益提高。 近年来，随着科技水平的进步，提
15、高电机试验测试效率、降低操作人员劳动强度、提高测试精度和试验质量势在必行，而由于测试理论的丰富、测试手段的进步、带来设备精度的提高以及自动化测试系统和电子计算机在测试中的广泛应用，电机的测试技术也确实有了突飞猛进的发展。 电机试验是利用仪器、仪表及相关设备，按照相关的规定，对电机制造过程中的半成品和成品，或以电机为主体的配套产品的电气性能、力学性能、安全性能及可靠性等技术指标进行的检验。通过这些检验，可以全部或部分的反映被试电机的相关性能数据，用这些数据，可以判断被试电机是否符合设计要求、品质的优劣以及改进的目标和方向。电机试验及检测是电机研究、生产和维修过程中不可缺少的重要环节。因此，对于从
16、事电机研究、生产或维修的单位来说，具备一套符合要求的电机试验检测设备是非常有必要的。 将现代虚拟仪器技术应用于电动机性能测试领域，充分发挥了虚拟仪器技术开发效率高、灵活性兼容性强和可重用度高的特点，设计与实现了多路并行电动机的在线测试，并使用PID控制算法控制算法参量，最后通过TCP/IP协议实现了测试数据的远程共享和用户对测试系统的远程操控。 1.3 总体方案及结构 本文应用虚拟仪器技术，研究、开发了一套电机自动测试虚拟仪器系统，实现电机的型式试验和出厂试验等功能。在此基础上确定了试验项目分类设计的系统软件设计思想，并运用Lab WindowsCVI开发了电机测试系统软件；针对电机测试的主要
17、项目，完成了系统型式试验的任务，实现了预期的设计目标，表明所开发的虚拟仪器软件系统是可行、有效的。本文主要研究内容如下：首先，分析了用虚拟仪器实现电机测试的需求和要点，从电机类型、实验所采集的物理量等角度对各类电机的试验项目进行了整理和分类，确定了虚拟仪器系统软件的设计思想，并详细分析了测试系统中的各类数据及其相互关系，据此对虚拟仪器软件系统进行了模块结构设计。其次，研究了系统各个模块的具体实现方式，探讨了数据采集、数据保存技术等实现中的重点难点问题；运用具有针对性的试验数据处理与向其他软件提供数据接口以供二次开发相结合的数据处理方法，实现了数据处理的方便性与灵活性。最后，针对电机常规测试项目
18、进行了电机测试实验，给出了测试实例数据：并以三相突然短路试验和电压谐波分析两个典型的试验项目为例介绍了一些复杂的电机试验项目的设计及实现。随着微机的发展和采用总线方式的不同，虚拟仪器的硬件构成可分为五种类型。PC总线插卡型虚拟仪器，并行口式虚拟仪器，GPIB总线方式的虚拟仪器，VXI总线方式的虚拟仪器,PXI总线方式的虚拟仪器。软件是虚拟仪器测试系统的重要组成部分。虚拟仪器软件开发必须采取分层设计，以便于代码复用。该软件一般分为四个层次：测试管理层、虚拟仪器功能层、仪器驱动层和I/O接口驱动层。第二章 相关文献综述 近年来，随着计算机技术的飞速发展，电动机计算机辅助测试（CAT）系统在电机行业
19、得到了普及1。基于计算机的电机性能测试也逐步取代传统的手动操作式电机检测，并向着自动化智能化的方向发展。然而，基于传统开发平台的电动机自动测试系统，往往面临开发周期长，成本高，兼容性和扩展性弱的不足，从而也阻碍了电动机自动测试系统的广泛应用。现代虚拟仪器技术的引入，通过虚拟仪器应用软件将计算机与标准化虚拟仪器硬件结合起来，从而实现传统仪器功能的软件化与模块化，以达到自动测试与分析的目的2。利用虚拟仪器技术用户可以通过图形化的编程环境和操作界面，轻松完成对待测对象的信号调理，过程控制，数据采集、分析、显示和存储，故障诊断以及网络通信等功能，大大缩短了系统开发周期；同时由于采用了标准化的虚拟仪器软
20、硬件，测试系统的兼容性和扩展性也得到了很大程度的增强；除此以外，虚拟仪器技术的灵活性强和可重用度高，可以使用户的测试系统规模最小化，且易于升级和维护，用户甚至可以使用现有硬件组成另一套测试系统，从而减少不必要的重复投资，降低系统的开发成本10。经过改革开放三十多年的发展,汽车工业在我国已有了很大的发展,并有了自己的品牌。然而自新中国成立以来,汽车行业安全检测线靠国家强制性检定项目计量检定,以工程车为运输工具,携带大量各种汽车专用鉴定仪器,进行对汽车制造业生产线仪器不同参数的计量检定并对其检测。上世纪八十年代美国成功研制了虚拟仪器(Visual Instruments,简称VI)。在中国虚拟仪器
21、技术还没有得到大面积的普及,但有相当一部分高校已经把虚拟仪器技术,特别是LabVIEW和科研试验结合起来,在汽车发动机试验监控、振动的分析等综合测试方面取得了可观的成绩。虚拟化后的测试仪器,只需要传感器、信号调理电路、DAQ和PC机,所有的功能键、显示器、曲线都可以在显示器上重构。其操作简单,用户可以方便地增、减模块,进行重新配置现有系统以满足新的测试要求,既不丢失已有的硬件和软件资源,又能满足测试要求3。为了提高舵机反馈电位器性能测试效率研究一种新型舵电位器测试系统；该系统借助虚拟仪器开发平台将舵电位器电气性能与机械性能的测试融合在一起，使用步进电机和数字杠杆千分表配合测试并对轴对称度的测试
22、方法进行了改进；试验和分析表明在不降低测试精度的前提下测试时间由原来的30分钟缩减到l0分钟，并且操作简单，提高了测试的自动化程度和测试效率。舵电位器是导弹控制系统中的一种重要仪器，其作用是对导弹燃气舵的偏转进行反馈，将信息送给计算机处理，用于导弹的制导和稳定，它是导弹主动段飞行时制导系统和稳定系统中的一个重要环节。因此，精确测试对舵电位器的阻值以及在整个量程内线性精度的准确高效测试就显得尤为重要。传统的测试系统只能对电气性能进行测试，本文介绍一种能将舵电位器电气性能及机械性能结合起来同时测试的自动测试系统，利用步进电机及数字千分表改进测试方法，提高了测试精度与测试效率。利用Lab windo
23、wsCVI虚拟仪器编写测控软件，提供了良好的人机交互功能58。根据电液比例阀性能测试规范， 开发了用于电液比例阀性能测试的计算机辅助测试（CAT） 系统。利用虚拟仪器技术， 设计了CAT 系统软件， 实现了测试系统所要求的信号发生器、系统参数调整与控制、信号采集与处理、数据分析计算等功能。使用结果表明， 测试系统运行稳定、结果可靠、人机界面友好， 提高了比例阀特性测试精度和测试效率。由此可见虚拟仪器技术的灵活性强和可重用度高，可以使用户的测试系统规模最小化，且易于升级和维护，用户甚至可以使用现有硬件组成另一套测试系统，从而减少不必要的重复投资，降低系统的开发成本。所谓虚拟仪器就是以计算机作为仪
24、器统一的硬件平台，充分利用计算机的运算、存储、回放、调用、显示及文件管理等智能化功能，同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化，使之与计算机结合构成一台从外观到功能都完全与传统硬件仪器相同，同时又充分享用了计算机智能资源的全新仪器系统。与传统仪器相比，它的最大特点就是把由仪器生产厂家定义仪器功能的方式转变为由用户自己定义仪器功能，满足多种多样的应用需求。由于虚拟仪器的测试功能、面板控件都实现了软件化，任何使用者都可通过修改虚拟仪器的软件来改变它的功能和规模，这充分体现了“软件就是仪器”的设计思想。虚拟仪器最有代表性的图形化编程软件是美国NI公司推出的LabVIEW（laboratory vi
25、rtual instrument engineering workbench即实验室虚拟仪器工作平台）。LabVIEW使用了“所见即所得”的可视化技术建立人机界面，提供了许多仪器面板中的控制对象，如表头、旋钮、开关及坐标平面图等。用户可以通过使用编辑器将控制对象改变为适合自己工作领域的控制对象。LabVIEW提供了多种强有力的工具箱和函数库，并集成了很多仪器硬件库。LabVIEW支持多种操作系统平台，在任何一个平台上开发的LabVIEW应用程序可直接移植到其它平台上79。通过以上分析可以看出，使用虚拟仪器构成测试系统进行数据采集和分析非常简单和方便，它将越来越多被工程师和科学家喜爱，它的使用也
26、越来越广。 第三章 虚拟仪器简介虚拟仪器是计算机技术和仪器技术结合的产物。它把计算机、仪器硬件、固件与计算机软件结合起来。除继承传统仪器的己有功能外，还增加了许多传统仪器所不能及的先进功能。虚拟仪器的最大特点是其灵活性。用户在使用过程中可以根据需要添加或删除仪器功能，以满足各种需求和各种环境，并且能充分利用计算机丰富的软硬件资源，突破了传统仪器在数据处理、表达，传送、存储方面的限制。 对于虚拟仪器(Virtual Instrument 简称)，目前还没有一个被测量界广泛接受的定义11国内外专家从不同角度描述，如“虚拟仪器是看起来并在感觉上与物理仪器相同的软件包”；“虚拟仪器通常指利用个人计算机
27、和有关硬件与(或)软件模块使之具有传统独立仪器功能的组合”等。IEEE终生成员Harold Goldberg的定义是，虚拟仪器应该由一些特殊的仪器子模块，若干通用计算机，一部分软件和一点对概念的理解构成，它可以很简单也可以很复杂。总的来说，虚拟仪器(virtual Instrument)是指通过应用程序将计算机与功能化模块硬件结合起来，用户可以通过友好的图形界面来操作这台计算机，就像在操作自己定义、自己设计的一台单个仪器一样，从而完成对被测试量的采集、分析、判断，显示、数据存储等。 我们也可以从技术和产品二个方面来认识虚拟仪器12。从技术角度讲，虚拟仪器的研制只是一种理念，其本身不需要特殊的技
28、术，它是计算机技术和卡式仪器技术在计算机软件的支持下的测量技术，其主导思想就是利用计算机来最大限度的取代独立仪器，并在功能上利用计算机的优势来扩展13。从产品角度讲，虚拟仪器产品实际上是一系列的硬件与软件的组件，软件往往是一组虚拟仪器的开发平台，如已经面市的美国国家仪器(National Instruments，NI)的LabVIEW、Lab WindowsCVI,HP公司的HPVEE，Data Translation公司的DT-VEE等，它们有相配套的数据采集、信号发生等计算机卡式硬件可供选用，用户利用这些硬件和软件依据具体的测试任务构造测试系统1415。 综合上述分析，可以给出虚拟仪器的定
29、义如下：一套虚拟仪器系统是以一台工业标准计算机再配上功能强大的应用软件、驱动软件和高性价比的硬件而组成的，它们结合在一起共同完成传统仪器的功能。 虚拟仪器的组成与传统仪器一样，一般由数据采集与控制、数据分析和处理、结果显示三部分组成。对于传统仪器，三个部分几乎均由硬件完成；对于虚拟仪器，后两部分主要由软件实现。与传统仪器相比，虚拟仪器设计目趋模块化、标准化、 设计工作量、复杂性大大减小。 虚拟仪器从硬件构成上讲。己经完全脱离了原有的单个仪器的概念，并不是在计算机上实现某一台仪器的功能，而是形成了一个虚拟仪器系统的概念。它是几种仪器的综合，是在计算机上实现多种不同仪器的协同工作的整体。虚拟仪器的
30、硬件结构主要以计算机为核心，在其基础上扩展了不同类型的硬件设备，构成不同类型的虚拟仪器系统。 一个典型的虚拟仪器系统框图如图3.1所示图3.1虚拟仪器系统框图第四章 电机自动测试系统总体设计4.1 虚拟仪器系统设计概述4.1.1 虚拟仪器的硬件构成 随着微机的发展和采用总线方式的不同，虚拟仪器的硬件构成可分为五种类型18： (1)PC总线插卡型虚拟仪器 这种方式借助于插入计算机内的数据采集卡和专用的软件(如LabVIEW)相结合，完成测试任务。(2)并行口式虚拟仪器 最新发展的一系列可连接到计算机并行口的测试装置，把硬件集成在一个采集盒里或一个探头上。软件装在计算机上，通常可以完成各种虚拟仪器
31、的功能(3)GPIB总线方式的虚拟仪器 GPIB即通用接口总线，是一种国际通用的可编程仪器的数字接口标准。典型的GPIB测试系统由一台PC机，一块GPIB接口板和几台GPIB仪器通过标准GPIB电缆连接起来，组成大型的自动化仪器测量系统。其特点是结构和命令简单，造价较低，适合于高精确度的要求，但不要求高速度数据传输的场合。(4)VXI总线方式的虚拟仪器 VXI(Embus ex- tension for Instrumentation)总线是一种高速计算机总线(VME总线)在仪器领域的扩展19。它具有标准开发、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用、众多仪器商支持等优点，使它
32、应用越来越广。尤其在组建大中型规模自动测量控制系统，以及对速度、精度要求非常高的场合，有其它仪器无法比拟的优点。基于VXI总线的组建方案功能最为强大、组建的系统最为稳定但VXI总线实现强大功能的同时。价格也是十分昂贵的。(5) PXI总线方式的虚拟仪器 美国国家仪器公司于1997年推出PXI(Gibus Retentionist Instrumentation)控制方法20，基于PCI总线的虚拟仪器系统构架，PXI将主流PCI计算技术和控制器均采用现在流行的奔腾处理器，带有标准GPIB接口、串并口、以太网络接口及显示器接口为用户组建速度高、成本低、结构紧凑的测试系统提供了可行性。PXI总线方式
33、是在PCI总线内核技术上增加了成熟的技术规范和要求形成的，具有高度可扩展性。4.1.2 虚拟仪器系统的软件组成 软件是虚拟仪器测试系统的重要组成部分。虚拟仪器软件开发必须采取分层设计，以便于代码复用。该软件一般分为四个层次：测试管理层、虚拟仪器功能层、仪器驱动层和I/O接口驱动层。(1)IO接口驱动层。直接控制硬件的软件层，它和硬件、计算机操作系统密切相关，现在个人计算机普遍使用的是Windows操作系统，而Windows为保证其系统的稳定性，不允许应用程序直接对抛端口操作，必须编写符合Windows标准的驱动程序。(2)仪器驱动层。该层按仪器功能分类的函数痒。它完成IO接口驱动层与虚拟仪器功
34、能层的连接，是实现高层软件与硬件无关的重要保证(3)虚拟仪器功能层。采用电子计算机的组件技术(ActiveX控件、对象链接与嵌入即OLE)。通过将组件技术和虚拟仪器技术相结合极大地方便了虚拟仪器的组建并提高了可重用性，可以完成虚拟仪器前面板设计以及仪器功能，利用组件技术还可以将应用程序与其它基于Windows的系统集成起来，允许用户添加不同的测量功能；采用软件定时采样、硬件中断与Windows多线程结合、DMA数据传输解决不同速率采集；采用Windows多线程技术可以实现数据处理、数据显示的同时进行。(4)测试管理层。采用动态连接库DLL)技术实现测试管理层的功能，动态连接库是Windows下
35、允许在应用程序运行时调用的函数库，把数据采集控制、信号的分析与处理、数据的管理、自动调节、自动校准、测试报告生成等软件功能模块都放在DLL中，供应用程序即用即调。4.2电机自动测试系统的功能分析在确定系统软硬件结构之前，必须先确定虚拟仪器测试平台系统的预想功能，对该系统的具体功能和要求描述如下：(1)系统适用于电机的各种测试工作。例如电机常规的型式试验、出厂实验所需要进行的测试项目，以及三相突然短路试验、电压谐波分析等一些复杂的电机试验项目的试验。(2)建立的仪器能够从硬件处采集信号，并且能将采集到的数据进行分析、处理和保存。(3)仪器向操作者通知测试结果和处理结果有多种形式：实时数据形式，数
36、据表格形式；图形形式等。(4)操作者可以对测试仪器进行下述控制；参数设置测试命令、分析处理命令、保存命令。(5)系统对操作者和开发者的误操作有相应的预防和解决措施。4.3测试系统的硬件设计 对于系统硬件部分的规划，选定为使用PC卡式虚拟仪器结构。基于PC总线的虚拟仪器是虚拟仪器的一个重要发展方向。特别是近年来微型计算机迅猛发展，计算机硬件性能成倍增长，而价格却是稳中有降，这给PC卡式虚拟仪器提供了良好的硬件基础；同时，计算机软件也发展很快，从操作系统、应用软件到开发软件，都给用户提供了广阔的使用空间，也造就了一大批可熟练操作计算机的用户。这样PC卡式虚拟仪器就拥有了强大而廉价的硬件基础、广泛的
37、软件支持和熟练的用户，这使得PC卡式虚拟仪器产业有着很大的发展潜力。硬件设备是基于计算机的虚拟仪器的运行基础，为虚拟仪器提供功能支持。PC卡式虚拟仪器的硬件设备一般由两部分组成，分别是基础硬件平台和外围硬件设备。基础硬件平台目前可以选择各种类型的计算机，计算机是虚拟仪器的硬件基础，对于工业自动化和测试与测量来说，计算机是功能强大、价格低廉的运行平台。由于虚拟仪器充分利用了计算机的图形用户界面(GUI)，所开发的具体应用程序都是基于Windows运行环境，所以计算机的配置必须合适。根据功能需求，本系统采用了插卡型虚拟仪器硬件结构。其构成可参照图3.1来说明。系统传感器部分由三个电压、三个电流互感
38、器和一个转速传感器组成，每个传感器得到的信号都要经过一个数据采集通道(Data Channel)连接到数据采集卡(Data Acquisition Card,简称DAQ卡)上，数据通道中包括有采样保持、滤波等信号调理电路。数据采集卡使用的是NI公司的PCIE系列产品，因为PCIE系列数据采集卡没有DIP开关，跳线和电位计等需要设置，我们可以很容易的用软件设置和校准采集卡21。数据采集卡直接插在工控计算机的PCI扩展槽上，该工控机CPU为Intel奔腾芯片，在性能上已经完全可以满足测试系统的需要，而且在系统的稳定性上有很好的表现。计算机对测试数据进行计算、分析、处理和保存后，在外围设各上显示测试
39、结果。 4.4 系统数据分析作为一个电机测试系统，系统中的数据主要包括两个部分，部分是测试系统的设置参数等系统自身的数据，另外一部分是作为被测试对象的电机的各种数据。测试系统本身的数据主要是指试验工况设定数据，试验工况是指电机的试验条件，其数据包括电机的工位设置，被试电机类型、用途、报警、保护倍数、互感器、分流器量程范围，采样设置等设定参数，这些参数通知系统菜单的设置，监控时的动作产生，测量面板的选择，采集数据如何还原为被测对象真实值等，在整个系统中这些参数是全局的，需要被各个模块使用，因此，试验工况是系统最基本的设定，必须在进行任何试验项目之前由用户确定。作为测试对象的电机的数据则包括四个部
40、分。 第一部分是电机的信息与额定参数，包括电机类型、工作号、出厂日期等参考信息，以及额定电压、电流、功率、频率等铭牌参数和它们的单位，还有极对数、相数、定子绕组接法等设计参数，这些数据是试验工况设定时的参考，更是进行数据处理时不可缺少的 第二部分数据是电机的试验项目列表，这个列表是对电机已傲试验项目和计划中待傲的试验项目状态的描述。列表中最重要的数据成员是试验项目的识别码，这是一系列预先在文件中定义的常量，用以区分开各试验项目，它决定了在进入测试界面、确定试验项目数据的保存方法和选择试验处理方法等关键场合时系统的动作。因此，试验项目列表是电机各试验项目数据的组织者，也是用户迸入试验项目的实际测
41、试以及查询管理历史试验数据和试验处理等功能的桥梁。此外，列表中需要用若干个数据项描述一个实验项目的状态。如试验项目的名称、列入计划的日期、是否已做等，用来给用户提供一个电机型式试验的整体进度与状态的描述，行数、列数等几个用户不可见元素则用来辅助进行试验数据的管理。 第三部分数据是电机的试验数据。因为各试验项目的数据结构不同，所以无法以统一的格式来组织一个电机的所有试验项目的数据，必须借助试验项目列表数据来进行数据的组织。因此，各试验项目数据将以数据单元的形式出现，其整体特征由项目列表记录，并与其形成一对一的类似于主表与明细表的联系。 第四部分是电机试验处理的各种结果数据，包括由试验得到的各种电
42、机参数，电机的特性曲线及其他处理中间结果等。试验处理的对象是电机的各试验项目数据和电机的额定数据，一部分试验处理也需要其他试验处理得到的中间结果数据。面向对象而言，电机的各部分数据完整的描述了一个作为被测控对象的电机对象，测试系统的任务从数据的角度来看，便是在给定的试验工况下，填充电机数据对象的各部分数据。图41是测试系统的整体数据流图，其中椭圆形框表示系统动作，方框表示系统数据。由图可以看出，系统在进行实际试验数据采集动作之前必须先设置试验工况等相关参数，而后从主模块进入试验项选择，得到电机的试验项目列表，根据列表依次进行各项试验，得到试验数据，试验数据通过处理后得到试验结果，最后将相关处理
43、后数据作为试验报告输出。图41测试系统的整体数据流图试验处理结果返回到试验处理模块是因为某些试验的处理需要用到其他试验的处理中间结果。 4.5 软件结构 电动机性能虚拟仪器测试系统总体采用一种基于TCP/IP协议的客户机/服务器（CS）结构。服务器架构为NI FPC分布式I/O体系，利用其内嵌的独立式实时系统实现目标参量的信号采样，并完成对目标参量的实时监测和控制；客户机则采用通用的PC机结构，运行Windows 多线程操作系统，使用LabVIEW虚拟仪器平台,借助TCP/IP协议实现，与服务器之间控制参量及检测数据的通信，并提供GUI图形化用户界面，实现人机交互，完成控制参数的输入，以及检测
44、数据的分析、运算和图表显示。系统操作流程为，上电后服务器自动启动存储器中内建的LabVIEW RT实时程序，并实时侦听客户机“开始测试”的命令；客户机开机运行电动机性能虚拟仪器测试主程序，完成用户登录、硬件配置、选择测试项目、设置测试参数后，启动测试程序；服务器侦听到客户端“开始测试”命令后，按照客户制定的硬件配置、测试项目以及测试参数开始实时控制与数据采集，并通过TCP/IP协议将实验数据发送给客户机；客户机发出PID控制命令，并对服务器发送的实验数据进行分析处理，完成PID控制后，按照测试项目进行测试，分析处理测试数据，并以图表方式显示实验结果；完成测试后，客户机发出结束测试的命令，经服务
45、器接收确认后，结束测试。 图4.2电动机性能虚拟仪器测试系统软件结构框图 第五章 LabVIEW硬件5.1 电机测试系统结构测试系统结构如图1所示,将被测电机的三相电压、三相电流通过电量传感器输入到A /D卡,另外,转矩信号和转速信号也通过传感器接到A /D卡。A /D卡采用PCI-1200卡,其具有8通道精度12位的A /D和3个16位的计数器, 2通道12位的D /A及24个I/O口。 图5.1系统结构框图5.2 传感器与采集卡的介绍5.2.1转矩传感器 主要由扭力轴、磁检测器，转筒及壳体等四部分组成。磁检测器包括配对的两组内、外齿轮，永久磁钢和感应线圈。外齿轮安装载扭力轴测量段的两端；内齿轮转筒内,和外齿轮相对，永久磁钢紧接内齿轮安装在转筒内。永久磁钢，内外齿轮构成环状闭合磁路,感应线圈固定在壳体的两端盖内。在驱动电机带动下，内齿轮随同转筒旋转。内外齿轮是变位齿轮，并不齿合，齿顶六由工作气隙，内外齿轮的齿顶相对时气隙最窄，齿顶和齿槽相对时，气隙最宽。内外齿轮在相对旋转运动时，齿顶与齿槽交替相对，相对转动一个齿位时,工作气隙发生一个周期的变化,磁路的磁阻和磁通
