基于虛擬儀器技術(shù)電動(dòng)車(chē)電機(jī)性能、綜合測(cè)試儀軟件設(shè)計(jì)獨(dú)家優(yōu)秀】

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中文摘要 傳統(tǒng)的電機(jī)檢測(cè)設(shè)備主要依靠人工檢測(cè)工作，自動(dòng)化程度不高，需要人工測(cè)試和記錄數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析 ,這很大程度上限制了電動(dòng)車(chē)檢測(cè)的效率，所以需要設(shè)計(jì)一套自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)對(duì)電機(jī)的性能進(jìn)行檢測(cè)。針對(duì)于無(wú)刷電機(jī)性能綜合測(cè)試，采用 形化測(cè)試軟件，通過(guò)傳感器測(cè)量電壓、電流、轉(zhuǎn)速、扭矩等參數(shù)；通過(guò)上位機(jī)軟件調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和扭矩，動(dòng)態(tài)模擬電機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的輸入功率、輸出功率和工作效率的測(cè)量。系統(tǒng)具有計(jì)算、顯示、報(bào)警、存儲(chǔ)和打印報(bào)告等功能，可檢測(cè)電機(jī)的綜合性能，并判定產(chǎn)品合格與否，提高了產(chǎn)品檢驗(yàn) 的效率和自動(dòng)化程度。 關(guān)鍵詞 數(shù)據(jù)采集卡，測(cè)量控制，自動(dòng)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(yè) 共Ⅱ頁(yè) 目錄 1 緒論 .................................................................................................................................. 1 課題研究的背景和意義 ............................................................................................... 1 電機(jī)測(cè)試技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) ....................................................................... 1 課題的主要工作及要求 ............................................................................................... 3 2 總體方案設(shè)計(jì) .................................................................................................................. 4 電機(jī)綜合測(cè)試內(nèi)容 ....................................................................................................... 4 電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì) ............................................................................... 4 電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì) ............................................................................... 5 速度測(cè)量與控制系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì) ................................................................................... 6 扭矩測(cè)量與控制系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì) ................................................................................... 6 數(shù)據(jù)測(cè)量處理與顯示框圖設(shè)計(jì) ................................................................................... 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(jù)采集卡 .......................................................................................................... 12 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ................................................................................................................ 13 軟件注冊(cè)系統(tǒng) ............................................................................................................. 14 軟件登 錄系統(tǒng) ............................................................................................................. 17 軟件參數(shù)設(shè)置系統(tǒng) ..................................................................................................... 19 軟件控制系統(tǒng) ............................................................................................................. 20 軟件測(cè)量系統(tǒng) ............................................................................................................. 21 軟件測(cè)試報(bào)警系統(tǒng) ..................................................................................................... 29 測(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng) ............................................................................................. 31 數(shù)據(jù)報(bào)表輸出系統(tǒng) ..................................................................................................... 32 數(shù)據(jù)查詢(xún)系統(tǒng) ............................................................................................................. 32 6 系數(shù)據(jù)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(diào)試與數(shù)據(jù)分析 .................................................................................................... 40 系統(tǒng)調(diào)試 ..................................................................................................................... 40 數(shù)據(jù)分析 ..................................................................................................................... 42 誤差分析與處理 ......................................................................................................... 44 結(jié)論 ...................................................................................................................................... 46 第 共Ⅱ頁(yè) 經(jīng)驗(yàn)與體會(huì) .......................................................................................................................... 47 致謝 ...................................................................................................................................... 48 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................. 49 附錄： .................................................................................................................................. 49 第 1 頁(yè) 共 54 頁(yè) 1 緒論 課題研究的背景和意義 隨著現(xiàn)代社會(huì)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(shí)的增強(qiáng)。電動(dòng)車(chē)以電能為動(dòng)力的環(huán)保形式登上了新世紀(jì)的歷史舞臺(tái)。電動(dòng)自行車(chē)以其環(huán)保、節(jié)能、騎行方便等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受到人們的喜愛(ài)。 電動(dòng)車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展無(wú)疑是將來(lái)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，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(dòng)機(jī)的作用是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，作為電動(dòng)自行車(chē)動(dòng)力的來(lái)源，其性能質(zhì)量的優(yōu)劣直接決定了電動(dòng)車(chē)的穩(wěn)定性以及工作效率。電動(dòng)車(chē)在出廠(chǎng)前要對(duì)其電機(jī)的相關(guān)性能進(jìn)行檢測(cè)，傳統(tǒng)的電機(jī)檢測(cè)設(shè)備主要依靠人工檢測(cè)工作，自動(dòng)化程度不高，需要人工測(cè)試和記錄數(shù)據(jù) 并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，這很大程度上限制了電動(dòng)車(chē)檢測(cè)的效率，所以需要設(shè)計(jì)一套自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)對(duì)電機(jī)的性能進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)測(cè)量參數(shù)檢驗(yàn)電機(jī)的性能，從而判定產(chǎn)品合格與否，提高產(chǎn)品檢驗(yàn)的效率和自動(dòng)化。 電機(jī)測(cè)試技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都離不開(kāi)測(cè)量和控制，測(cè)試技術(shù)在各個(gè)行業(yè)發(fā)展幾乎都會(huì)起到重要作用。電機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備，廣泛用于工業(yè)，農(nóng)業(yè)，交通運(yùn)輸業(yè)等日常生活中。為了獲得電機(jī)最大的效率和穩(wěn)定的性能，需要對(duì)電機(jī)的各個(gè)性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，再利用測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算處理電機(jī)的參數(shù)和繪制電機(jī)工作特性曲線(xiàn) 圖，從而通過(guò)數(shù)據(jù)反映出電機(jī)的性能和質(zhì)量，所以電機(jī)的測(cè)試技術(shù)對(duì)電機(jī)的質(zhì)量和性能的提高有著非常重要的意義。 測(cè)量?jī)x器技術(shù)是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，但是科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展又推動(dòng)著測(cè)量?jī)x器技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程。測(cè)量?jī)x器儀表技術(shù)發(fā)展至今，經(jīng)歷了從電磁技術(shù)、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、智能儀器技術(shù)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(yīng)定律，導(dǎo)體在變化的磁通量中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，形成閉合回路后感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將驅(qū)使電子流動(dòng)產(chǎn)生產(chǎn)生感應(yīng)電流，且感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與該路徑磁通量第 2 頁(yè) 共 54 頁(yè) 變化成正比來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的測(cè)量，但容易受測(cè)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(xué)定律發(fā)展的儀器儀表，采用工人手工測(cè)量操作和記錄數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算處理數(shù)據(jù)。人工操作測(cè)量讀取數(shù)據(jù)不僅效率低，而且測(cè)量和記錄過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)時(shí)間誤差和讀數(shù)出現(xiàn)讀數(shù)誤差等人為誤差。這樣的工作不僅僅導(dǎo)致效率低下，而且還測(cè)量精度不高，最后導(dǎo)致測(cè)量的結(jié)果準(zhǔn)確度和可信度不高。 (3)數(shù)字化儀表 數(shù)字儀器是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯幼x取的數(shù)字信號(hào)的儀器。通過(guò)引入了鎖相技術(shù)、頻率合成技術(shù)和數(shù)字取樣技術(shù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字方式顯示，因此更方便了人們讀取數(shù)據(jù)，提高一定的效率。各種數(shù)字類(lèi)儀器儀 表已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)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(yùn)算速度，同時(shí)也提高了工作效率。大部分情況可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量、實(shí)時(shí)控制、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理、記錄和保存等功能。智能化儀器使得測(cè)試控制技術(shù)水平有一定的技術(shù)突破和提高。 (5)虛擬儀器 科學(xué)的發(fā)展迅速，以計(jì)算機(jī)、傳感器和數(shù)據(jù)采集卡組成的虛擬儀器技術(shù)是當(dāng)前最先進(jìn)的實(shí)時(shí)測(cè)試測(cè)量和控制技術(shù)。這應(yīng)該是電子測(cè)量技術(shù)的一次質(zhì)的飛躍，真正實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的高速度、高準(zhǔn)確度、多參數(shù)等多種功能的測(cè)試測(cè)量和數(shù)據(jù)處理，不同地 域上的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試功能也在一定程度上實(shí)現(xiàn)了此功能。 在電機(jī)測(cè)試技的發(fā)展歷史上，美國(guó)和歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家先后設(shè)計(jì)和生產(chǎn)電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，使用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行了對(duì)電機(jī)的性能測(cè)試，不僅實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)測(cè)試還實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的處理。例如：美國(guó)一電機(jī)測(cè)試公司自行設(shè)計(jì)生產(chǎn)的電機(jī)性能綜合測(cè)試儀，其功能可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)自動(dòng)測(cè)試檢測(cè)，電機(jī)在運(yùn)行時(shí)的電壓、電流、轉(zhuǎn)速、輸入功率、輸出功率和效率等多個(gè)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、處理、存儲(chǔ)、查詢(xún)等功能。而后德國(guó)的西門(mén)子公司也自行研制了自動(dòng)化電機(jī)測(cè)試平臺(tái)測(cè)試儀，適用于無(wú)刷直流電機(jī)的性能參數(shù)測(cè)試。 不僅僅是國(guó) 外在研究電機(jī)自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)，國(guó)內(nèi)某些企業(yè)和科學(xué)研究機(jī)構(gòu)還第 3 頁(yè) 共 54 頁(yè) 有一些大學(xué)都在研究電機(jī)自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)。例如：北京榮華電機(jī)公司自行研制的電機(jī)自動(dòng)檢測(cè)儀，南京航空航天大學(xué)電機(jī)研究團(tuán)隊(duì)研制的 電機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)等。雖然起步晚，但在電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)這一塊很大程度上彌補(bǔ)了我國(guó)的這一塊空白。 根據(jù)國(guó)內(nèi)外電機(jī)測(cè)試儀器或電機(jī)測(cè)試平臺(tái)的發(fā)展可以看出， 20 世紀(jì)傳統(tǒng)的電機(jī)測(cè)試技術(shù)在技術(shù)層面上直接受限于計(jì)算機(jī)和傳感器技術(shù)的發(fā)展，不同程度上還影響著數(shù)據(jù)的采集和誤差，傳統(tǒng)技術(shù)根本無(wú)法滿(mǎn)足其現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)更多新的要求。傳統(tǒng)儀器其功能 比較單一、價(jià)格昂貴和測(cè)試精度不高還自動(dòng)化測(cè)試程度低，這將使得其設(shè)備很大程度上具有局限性和不穩(wěn)定性，想要實(shí)現(xiàn)對(duì)多類(lèi)電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試將會(huì)有很大困難。所以，以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合各電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)等高科技技術(shù)，共同發(fā)展出新的測(cè)試控制技術(shù)與儀器技術(shù)是未來(lái)新的趨勢(shì)，這將使我們的科學(xué)測(cè)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(kāi)發(fā)軟件，通過(guò)使用高精度的數(shù)據(jù)采集卡和傳感器模塊，連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)建的電動(dòng)車(chē)電機(jī)性能綜合測(cè)試平臺(tái)。該系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)量和控制電動(dòng)車(chē) 的轉(zhuǎn)速，能動(dòng)態(tài)模擬電動(dòng)車(chē)的運(yùn)行狀況，改變控制控制方式，連續(xù)調(diào)節(jié)運(yùn)行速度。通過(guò)測(cè)量參數(shù)檢驗(yàn)控制器和電機(jī)的性能，從而判定產(chǎn)品合格與否，提高產(chǎn)品檢驗(yàn)的效率和自動(dòng)化的程度。 共分為 5 個(gè)部分： （一）分析電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的要求；提出電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的方案；設(shè)計(jì)電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的思路；實(shí)現(xiàn)電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)的功能。 （二）系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì)、系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì)和各個(gè)模塊結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì)。 （三）系統(tǒng)軟硬件功能設(shè)計(jì) （ 1）實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)模擬； （ 2）實(shí)現(xiàn)電機(jī)速度和扭矩連續(xù)調(diào)節(jié)與控制； （ 3）實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)測(cè)量； （ 4）實(shí) 現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)電機(jī)參數(shù)顯示功能； 第 4 頁(yè) 共 54 頁(yè) （ 5）進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試、數(shù)據(jù)分析和驗(yàn)證； （ 6）實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)的報(bào)表查詢(xún)和輸出。 （四）對(duì)電機(jī)綜合性能測(cè)試儀進(jìn)行調(diào)試，并對(duì)其調(diào)試過(guò)程中的意外情況對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行修改或改進(jìn)。 （五）對(duì)電機(jī)綜合測(cè)試儀的最終測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，根據(jù)理論計(jì)算是否產(chǎn)生誤差，并且對(duì)誤差產(chǎn)生的情況進(jìn)行分析處理，并在軟硬件模塊中調(diào)節(jié)修正偏差，以此減小誤差對(duì)數(shù)據(jù)的影響。 2 總體方案設(shè)計(jì) 本課題采用 形化開(kāi)發(fā)軟件，通過(guò)使用高精度的數(shù)據(jù)采集卡和傳感器模塊，連接計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)建的電動(dòng)車(chē)電機(jī)性能綜合測(cè)試平臺(tái) 。本測(cè)試平臺(tái)可針對(duì) 制和 制的電動(dòng)車(chē)無(wú)刷直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)參數(shù)數(shù)據(jù)的測(cè)量和記錄。為評(píng)定電機(jī)的性能優(yōu)劣和穩(wěn)定性提供參考依據(jù)，也為提升電機(jī)質(zhì)量提供研究方向。 電機(jī)綜合測(cè)試內(nèi)容 電動(dòng)機(jī)的作用是把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，作為電動(dòng)自行車(chē)動(dòng)力轉(zhuǎn)換的來(lái)源，電機(jī)性能的優(yōu)劣直接決定了電動(dòng)車(chē)的整體質(zhì)量與穩(wěn)定性。電動(dòng)車(chē)在出廠(chǎng)前要對(duì)其電機(jī)的相關(guān)性能參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)其參數(shù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可以直接判別電機(jī)質(zhì)量的優(yōu)劣。對(duì)于電機(jī)的性能，追求效率最大化是最終的目標(biāo)，這也是眾多電機(jī)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)車(chē)提供更好的續(xù)航能力，從而提高電動(dòng)車(chē)整體質(zhì)量。檢測(cè)系統(tǒng)主要檢測(cè)的是：一、電壓和電流的電量單位檢測(cè)，計(jì)算出輸入功率。二、轉(zhuǎn)速和扭矩非電量單位檢測(cè)，計(jì)算出輸出功率?？筛鶕?jù)輸入功率和輸出功率便可計(jì)算出效率，從而根據(jù)結(jié)果判定電機(jī)的性能優(yōu)劣。電壓和電流是模擬信號(hào)，可由相關(guān)的傳感器進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)化測(cè)量數(shù)值大小，轉(zhuǎn)速和扭矩可通過(guò)相關(guān)傳感器轉(zhuǎn)化為開(kāi)關(guān)量信號(hào)。大部分信號(hào)可直接由數(shù)據(jù)采集卡采集信號(hào)，不能直接采集信號(hào)的通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)化再由數(shù)據(jù)采集卡采集。 電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì) 第 5 頁(yè) 共 54 頁(yè) 電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)由傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集卡模塊、負(fù)載模塊、總線(xiàn)、算機(jī)等技術(shù)組成。無(wú)刷直流電機(jī)在運(yùn)行時(shí)，各類(lèi)傳感器測(cè)量將直接或間接的測(cè)量所測(cè)試的信號(hào)，將傳感器所采集的數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路的放大和濾波處理，之后通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡的采集通道采集，并將信號(hào)傳送到 體結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示。 圖 1 電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖 電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì) 為一個(gè)借助于虛擬面板用 戶(hù)界面和方框圖建立虛擬儀器的圖形程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件，同時(shí)也被視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)如圖 2 所示，數(shù)據(jù)采集器采集到的數(shù)據(jù)并通過(guò)計(jì)算機(jī)總線(xiàn)傳遞至計(jì)算機(jī)。采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序到達(dá) 算機(jī)內(nèi)部后，在計(jì)算機(jī)內(nèi)通過(guò) 件平臺(tái)構(gòu)成的應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析與顯示，還有報(bào)表輸出。該應(yīng)用程序由多個(gè) 程序構(gòu)成。 無(wú)刷直 流電機(jī) 電機(jī)控制器 數(shù)據(jù)采集卡 算機(jī) 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)顯示 電流傳感器 扭矩傳感器 電壓傳感器 轉(zhuǎn)速傳感器 扭矩控制器 磁粉加載機(jī) 報(bào)表生成 第 6 頁(yè) 共 54 頁(yè) 圖 2 電機(jī)測(cè)試系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 框圖 速度測(cè)量與控制系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì) 在 算機(jī)輸入相應(yīng)的值進(jìn)行對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡將相應(yīng)的調(diào)節(jié)信號(hào)傳送給 制器控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)轉(zhuǎn)速光電傳感器測(cè)量相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，將轉(zhuǎn)速信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡采集傳送到 算機(jī)處理與顯示，如圖3 所示。 圖 3 速度測(cè)量控制系統(tǒng)框圖 扭矩測(cè)量與控制系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì) 扭矩的測(cè)量是基于機(jī)器轉(zhuǎn)軸在承受扭矩時(shí)產(chǎn)生扭應(yīng)力的原理，用電測(cè)技術(shù)測(cè)出扭應(yīng)力以求出扭矩值 ，如圖 4 所示。 算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡輸 出模擬信號(hào)加到扭矩控制器調(diào)節(jié)磁粉加載機(jī)加載大小，磁粉加載機(jī)與直流電機(jī)相連，通過(guò)扭矩傳感器測(cè)量由于負(fù)載的變化從而引起的電機(jī)扭矩的變化。 圖 4 扭矩測(cè)量與控制系統(tǒng)框圖 硬件系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集卡 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 模塊 發(fā)平臺(tái) 應(yīng)用程序 虛擬儀器前面板 速度 調(diào)節(jié) 計(jì)機(jī) 數(shù)據(jù)采集卡 制器 電 機(jī) 轉(zhuǎn)速 傳 感器 磁粉加載機(jī) 扭矩傳感器 直 流 電 機(jī) 信號(hào)處理電路 數(shù)據(jù)采集卡 算機(jī) 扭矩控制器 第 7 頁(yè) 共 54 頁(yè) 數(shù)據(jù)測(cè)量處理與顯示框圖設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)測(cè)量系統(tǒng)是通過(guò) 配置數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)相關(guān)通信接口協(xié)議， 電機(jī)轉(zhuǎn)速或扭矩通過(guò)相應(yīng)的傳感器將其測(cè)量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的脈沖信號(hào)，而電壓電流通過(guò)相應(yīng)的傳感器將其測(cè)量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的模擬信號(hào)，通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集卡傳送到 算機(jī)， 算機(jī)將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、保存， 并根據(jù)相應(yīng)的算法顯示測(cè)量值，利用 圖形化方法顯示出連續(xù)的各測(cè)量值曲線(xiàn)圖，并將 應(yīng)的文件函數(shù)寫(xiě)入 格中，并根據(jù)系統(tǒng)測(cè)得的數(shù)據(jù)和曲線(xiàn)圖對(duì)電機(jī)的性能進(jìn)行分析處理，如圖 5 所示。 圖 5 數(shù)據(jù)測(cè)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(shù)（ 利用各種高性能的模塊化硬件與靈活高效的軟件相結(jié)合來(lái)完 成各種各樣的測(cè)量測(cè)試和自動(dòng)化控制等功能的任務(wù)的。使用虛擬儀器有著改善產(chǎn)品質(zhì)量、縮短產(chǎn)品周期和提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)過(guò)程中的信號(hào)與設(shè)計(jì)的集成化虛擬儀器環(huán)境相連接，從而可以實(shí)現(xiàn)虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集分析現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)信號(hào)，提取其中所需要的信號(hào)信息，因此實(shí)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)生活中大范圍的生產(chǎn)效率提高。 虛擬儀器技術(shù)與其他儀器技術(shù)相比，有著四大優(yōu)勢(shì)。 (1)高性能：以 術(shù)為主導(dǎo)，包含功能超卓性能的處理器和文件 I/O，使得在用戶(hù)使用虛擬儀器系統(tǒng)的數(shù)據(jù)高速導(dǎo)入磁盤(pán)的同時(shí)，就能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)的分析和處理。 (2)擴(kuò)展性強(qiáng)：由于 軟硬件靈活性技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在程序后期的技術(shù)開(kāi)發(fā)和擴(kuò)展，到時(shí)只需要升級(jí)計(jì)算機(jī)函數(shù)庫(kù)或更新集成模塊化的硬件，就能以少量的投轉(zhuǎn)速 /扭矩電壓 /電流傳感器 電機(jī) 信號(hào)調(diào)理電路 數(shù)據(jù)采集卡 算 機(jī) 數(shù)據(jù)處理 轉(zhuǎn)速 /扭矩電壓 /電流數(shù)據(jù)顯示 輸出 第 8 頁(yè) 共 54 頁(yè) 資獲得豐厚的效益。 (3)周期短： 效的軟件礦建結(jié)構(gòu)能迅速地與計(jì)算機(jī)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(hù)簡(jiǎn)單方便的操作。但是其功能的靈活性與強(qiáng)大，使操作用戶(hù)能輕松地配置、創(chuàng)建和維護(hù)程序，使得用戶(hù)在低成本的情況下，就能實(shí)現(xiàn)控制測(cè)量等功能，解決實(shí)際中 的問(wèn)題。 (4)無(wú)縫集成：虛擬儀器技術(shù)本質(zhì)上是結(jié)合了集成軟硬件模塊的技術(shù)概念。隨著用戶(hù)需 求的功能不斷提高，功能越趨復(fù)雜。若使用傳統(tǒng)儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)今復(fù)雜的功能，則需要集成多個(gè)硬件測(cè)量模塊設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。而連接集成設(shè)備模塊必定耗費(fèi)大量時(shí)間，但現(xiàn)在用虛擬儀器技術(shù)便可以輕松解決這一問(wèn)題。在虛擬儀器軟件平臺(tái)中，已經(jīng)設(shè)置了為所有 I/O 設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)化接口，可幫助用戶(hù)輕松連接多個(gè)設(shè)備集成到一個(gè)單獨(dú)系統(tǒng)上測(cè)量，減少其功能任務(wù)的復(fù)雜性。 紹 美國(guó)國(guó)家儀器（ 司自行研發(fā)的一種強(qiáng)大的程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。其類(lèi)似于 C 語(yǔ)言和 言開(kāi)發(fā)環(huán)境一樣，有著可以完成大多數(shù)編程任務(wù)的函數(shù) 庫(kù)，各類(lèi)函數(shù)庫(kù)有著各種完成收集處理數(shù)據(jù)的功能。但是 有著和其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言不同之處，其他的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言基本上都是基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而 用的是圖形化的編輯語(yǔ)言 G 編寫(xiě)需要的程序，程序是以框圖的形式產(chǎn)生的。 開(kāi)發(fā)環(huán)境集成了各種應(yīng)用所需要的工具，旨在幫助使用者們解決問(wèn)題和不斷創(chuàng)新還有提高生產(chǎn)力。 言程序開(kāi)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(lái)構(gòu)成的 人機(jī)用戶(hù)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(shù)據(jù) 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(shù)據(jù)的輸出裝置 。 后面板便是程序框圖，所有的數(shù)據(jù)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(gè)對(duì)象端點(diǎn)與之相對(duì)應(yīng)，輸入控件對(duì)象的端點(diǎn)便是在 序框圖中的數(shù)據(jù)流源點(diǎn)，而顯示控件對(duì)象的端點(diǎn)便是 序框圖中的數(shù)據(jù)流終點(diǎn)。每個(gè)控件端口之間的連線(xiàn)是其數(shù)據(jù)通道，數(shù)據(jù)都是單線(xiàn)流動(dòng)的，也可以是從單一的數(shù)據(jù)源端口流向一個(gè)或多個(gè)接收 的 目的端口，但是注意數(shù)據(jù)源第 9 頁(yè) 共 54 頁(yè) 的數(shù)據(jù)類(lèi)型是否與接收端接收的數(shù)據(jù)類(lèi)型一樣，不一樣的 數(shù)據(jù)類(lèi)型 將 不能 在兩數(shù)據(jù)端口使用和在其之間 流動(dòng) 。 4 系統(tǒng)硬件模塊介紹 傳感器模塊介紹 傳感器是一種對(duì)被測(cè)信息敏感的檢測(cè)裝置，能夠?qū)⒏惺艿綔y(cè)量的信息按一定規(guī)律變換成電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿(mǎn)足被測(cè)信息的傳輸、處理等要求。 不僅要根據(jù)工作要求選用傳感器，還要根據(jù)傳感器本身特性選用特定的傳感器來(lái)提高測(cè)量精度。傳感器特性有頻率響應(yīng)、線(xiàn)性度、靈敏度、遲滯性、穩(wěn)定性等特性。 本次設(shè)計(jì)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(gè)傳感器。所用傳感器具體的型號(hào)參數(shù)在下文介紹。 電壓傳感器 電壓傳感器，又稱(chēng)電壓變送器。是一種能檢測(cè)到電壓信息的裝置，并將其電壓信息按一定規(guī)律標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換成所需要的形式信息輸出。 圖 6 電壓傳感器 此測(cè)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(cè)到電流信息的裝置，并將其電流信息按一定規(guī)律第 10 頁(yè) 共 54 頁(yè) 標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換成所需要的形式信息輸出。 圖 7 電流傳感器 此測(cè)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(zhuǎn)速傳感器 轉(zhuǎn)速傳感器，采用光電效應(yīng)來(lái)測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，將電機(jī)輪軸帶動(dòng)輸出軸光電碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，其物理量便轉(zhuǎn)化為脈沖式信號(hào)，有良好的抗干擾性能，能為系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的轉(zhuǎn)速信號(hào)。 圖 8 轉(zhuǎn)速傳感器原理圖 測(cè)試系統(tǒng)采用的 光電轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)速原理圖如圖 8 所示。 產(chǎn)生的脈沖頻率為： ? 60 其中， n 為電機(jī)轉(zhuǎn)速，單位為 60 為光電碼盤(pán)被等分的光縫； f 為傳感器輸出脈沖信號(hào)頻率，單位為 由定時(shí)計(jì)數(shù)器 集或者由模擬輸入通道第 11 頁(yè) 共 54 頁(yè) 集。 扭矩傳感器 扭矩傳感器 采用應(yīng)變片電測(cè)技術(shù)，在彈性軸上組成應(yīng)變橋，向應(yīng)變橋提供電源即可測(cè)得彈性軸受扭矩的電信號(hào)。將該信號(hào)放大后，經(jīng)過(guò)電壓轉(zhuǎn)頻率，變成與扭矩信號(hào)成正比的頻率信號(hào)。扭矩傳感器輸出的是脈沖頻率信號(hào)。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(zhuǎn)電壓模塊 頻率轉(zhuǎn)電壓模塊是為了把扭矩傳感器測(cè)得的脈沖頻率信號(hào)轉(zhuǎn)化為 據(jù)采集卡可接受的電壓模擬信號(hào)，方便顯示計(jì)算扭矩或轉(zhuǎn)速大小值。 圖 10 頻率轉(zhuǎn)電壓模塊 此測(cè)試系統(tǒng)采用的 頻率轉(zhuǎn)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(chēng)脈寬調(diào)制控制器，采用脈寬調(diào)制方式。 第 12 頁(yè) 共 54 頁(yè) 圖 11 扭矩控制器 此測(cè)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(jù)采集卡 數(shù)據(jù)采集卡的功能是將傳感器或其他設(shè)備儀器采集到的模擬或數(shù)字信號(hào)，送到 軟件中進(jìn)行處理和分析的。本系統(tǒng)采用的是 據(jù)采集卡，此數(shù)據(jù)采集卡使用的數(shù)據(jù)總線(xiàn)是 線(xiàn)。數(shù)據(jù)采集卡是經(jīng) 線(xiàn)與計(jì)算機(jī)連接的， 立供電、反應(yīng)迅速、操作方便等特點(diǎn)。 據(jù)采集卡上設(shè)計(jì)有 12辨率的 A/D 轉(zhuǎn)換器和 D/A 轉(zhuǎn)換器方便用戶(hù)使用，同時(shí)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(fù)端 ）和 4 路 D/A 輸出通道（ 16位的 3 個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器（ 其中 A/D 轉(zhuǎn)換器輸入信號(hào)范圍有 : 0～ 10V、± 5V、± 10V，同時(shí) D/A 轉(zhuǎn)換器輸入信號(hào)范圍有 : 0～ 5V、 0～ 10V、± 5V、± 10V，如圖 12 所示。 本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集卡采用的模擬輸入信號(hào)范圍均是± 10V，分辨率為 12優(yōu)點(diǎn)可減小干擾，穩(wěn)定信號(hào)。但軟件系統(tǒng)內(nèi)部使用的控件測(cè)量顯示范圍是0以在軟件程序編寫(xiě)中 ， 測(cè)量值需要放大 2 倍，還原輸入信號(hào)量。 第 13 頁(yè) 共 54 頁(yè) 圖 12 管腳定義圖 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 基于 擬儀器技術(shù)電動(dòng)車(chē)無(wú)刷電機(jī)綜合測(cè)試儀軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)。其系統(tǒng)主要包含四個(gè)測(cè)量模塊和兩個(gè)控制模塊等數(shù)據(jù)處理模塊。其中四個(gè)測(cè)量模塊有電壓測(cè)量、電流測(cè)量、轉(zhuǎn) 速測(cè)量和扭矩測(cè)量。而兩個(gè)控制模塊有轉(zhuǎn)速控制和扭矩控制。操作人員通過(guò)注冊(cè)、登錄后，進(jìn)入主程序界面，進(jìn)行相應(yīng)的控制測(cè)量等功能操作，系統(tǒng)設(shè)計(jì)主流程圖如圖 13 所示 第 14 頁(yè) 共 54 頁(yè) 圖 13 系統(tǒng)設(shè)計(jì)主流程圖 軟件注冊(cè)系統(tǒng) 新用戶(hù)在使用此測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，因?yàn)闆](méi)有用戶(hù)賬號(hào)而需要進(jìn)行注冊(cè)，注冊(cè)系統(tǒng)流程圖如圖 14 所示。 登錄系統(tǒng) 參數(shù)設(shè)置 電機(jī)速度控制 電機(jī)扭矩控制 電機(jī)電壓測(cè)量 電機(jī)電流測(cè)量 電機(jī)速度測(cè)量 電機(jī)扭矩測(cè)量 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)保存 報(bào)告生成 開(kāi)始 結(jié)束 第 15 頁(yè) 共 54 頁(yè) 圖 14 系統(tǒng)注冊(cè)流程圖 注冊(cè)界面上有：輸入用戶(hù)名、請(qǐng)輸入密碼、再次輸入密碼和注冊(cè)授權(quán)號(hào)四個(gè)文本輸入控件， 還有一個(gè)確定按鈕。新用戶(hù)在注冊(cè)新賬號(hào)和密碼時(shí)，需要填寫(xiě)注冊(cè)授權(quán)號(hào)，注冊(cè)授權(quán)號(hào)是更高一級(jí)的用戶(hù)權(quán)限管理。沒(méi)有注冊(cè)授權(quán)號(hào)，就不能進(jìn)行新用戶(hù)的注冊(cè)，注冊(cè)界面如圖 15 所示，注冊(cè)程序圖如圖 16 所示。 N N Y Y 注冊(cè)用戶(hù)名 開(kāi)始 設(shè)置密碼 再次輸入密碼 兩次密碼輸入是否相同？ 輸入授權(quán)號(hào) 授權(quán)號(hào)是否正確？ 結(jié)束 注冊(cè)成功 注冊(cè)未成功重新注冊(cè) 第 16 頁(yè) 共 54 頁(yè) 圖 15 注冊(cè)界面 圖 16 注冊(cè)程序 注冊(cè)成功后，顯示注冊(cè)成功，并顯示賬號(hào)密碼，如圖 17 所示 圖 17 注冊(cè)成功界面 第 17 頁(yè) 共 54 頁(yè) 由于注冊(cè)授權(quán)碼輸錯(cuò)，賬戶(hù)名已被注冊(cè)，前后兩次密碼輸入不一樣時(shí)，注冊(cè)賬號(hào)就不會(huì)成功，并顯示原因，注冊(cè)不成功界面如圖 18 所示。 圖 18 注冊(cè)不成功界面 軟件登錄系統(tǒng) 用戶(hù)在注冊(cè)成功過(guò)后，進(jìn)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(jī)綜合測(cè)試平臺(tái)所編寫(xiě)的，系統(tǒng)登錄圖如圖20 所示。 Y N 輸入用戶(hù)名 開(kāi)始 輸入密碼 用戶(hù)名密碼是否正確？ 初始化主程序 進(jìn)入主界面 結(jié)束 密碼不正確 第 18 頁(yè) 共 54 頁(yè) 圖 20 系統(tǒng)登錄 軟件用戶(hù)登錄系統(tǒng)采用條件結(jié)構(gòu)編寫(xiě)程序，當(dāng)條件結(jié)構(gòu)為真時(shí)，執(zhí)行條件為“真”的程序；當(dāng)條件輸入為假時(shí)，執(zhí)行條件為“假”的程序。程序從注冊(cè)用戶(hù)的子 調(diào)取用戶(hù)信息，當(dāng)輸入的用戶(hù)名和密碼與注冊(cè)用戶(hù)中的用戶(hù)名和密碼相同時(shí)，操作用戶(hù)才能登錄系統(tǒng)進(jìn)入程序。登錄系統(tǒng)之后，系統(tǒng)會(huì)直接調(diào) 取主程序 動(dòng)打開(kāi)主程序。當(dāng)輸入的用戶(hù)名和密碼與注冊(cè)用戶(hù)中的賬戶(hù)不同時(shí)，則條件結(jié)構(gòu)為假，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)提示用戶(hù)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(jìn)入主程序界面，主程序界面圖如圖 22 所示。 第 19 頁(yè) 共 54 頁(yè) 圖 22 主程序界面 軟件參數(shù)設(shè)置系統(tǒng) 軟件參數(shù)設(shè)置系統(tǒng)是為了滿(mǎn)足操作測(cè)試人員或者客戶(hù)的要求，方便電機(jī)型號(hào)信息的輸入和各種測(cè)試值的不正常報(bào)警值設(shè)定，電機(jī)型號(hào)信息也會(huì)在電機(jī)測(cè)試報(bào)表輸出中顯示，方便用戶(hù)查詢(xún)驗(yàn)證產(chǎn)品質(zhì)量信息 ,軟件參數(shù)設(shè)置圖如圖 23 所示。 圖 23 參數(shù)設(shè)置 第 20 頁(yè) 共 54 頁(yè) 報(bào)警值的設(shè)定是為了在測(cè)試過(guò)程中的安全操作提醒，因?yàn)樵诟吲ぞ馗咿D(zhuǎn)速狀態(tài)下，電機(jī)電流較大，有一定安全隱患。設(shè)定報(bào)警值后，在測(cè)試過(guò)程中，測(cè)量值超過(guò)或低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)就自動(dòng)會(huì)發(fā)出聲光報(bào)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(gè)控制系統(tǒng)。速度控制和扭矩控制都是模擬量信號(hào)輸出控制，可以由 軟件的數(shù)值信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)模信號(hào)轉(zhuǎn)換進(jìn)入 道進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡，然后對(duì)目標(biāo)進(jìn)行輸出控制，如圖 24 所示。 圖 24 模擬量控制流 程圖 轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng) 對(duì)于轉(zhuǎn)速的控制，是模擬電機(jī)手柄調(diào)速原理設(shè)計(jì)的，其手柄輸出 壓模擬信號(hào)來(lái)進(jìn)行對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制。 其中 1V 是電機(jī)啟動(dòng)控制起始電壓信號(hào)， 機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)軟件程序圖如圖 25 所示。 Y N 開(kāi)始 初始化設(shè)備 輸出數(shù)字量到 道 是否結(jié)束？ 釋放設(shè)備 結(jié)束 第 21 頁(yè) 共 54 頁(yè) 圖 25 轉(zhuǎn)速控制程序 軟件通過(guò)在前面板旋轉(zhuǎn)數(shù)字控件輸出數(shù)字信號(hào)，再由 出通道輸出到數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。隨著 軟件對(duì)電壓大小的調(diào)節(jié)， 電機(jī)轉(zhuǎn)速也隨著電壓的增加而線(xiàn)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(duì)其磁粉加載機(jī)的控制，而軟件 輸出的信號(hào)只能是電壓模擬量信號(hào)，所以系統(tǒng)在硬件部分加了張力控制器電壓轉(zhuǎn)電流模塊，其功能是將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，電機(jī)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(dòng)加載旋鈕控件，通過(guò)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)控件，在程序圖中面板控件的對(duì)象輸出相對(duì)應(yīng)數(shù)值，通過(guò) 出通道輸出到數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過(guò)后的電壓模擬信號(hào)便可以直接輸送到硬件電壓轉(zhuǎn)換電流模塊的張力控制器，直接將 0壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成 0流模擬量信號(hào)直接對(duì)磁粉加載機(jī)進(jìn)行加載控制。隨著 軟件調(diào)節(jié)大 小的變化，隨之磁粉加載機(jī)的扭矩也會(huì)變化。 軟件測(cè)量系統(tǒng) 軟件測(cè)量系統(tǒng)包括：電壓測(cè)量、電流測(cè)量、扭矩測(cè)量和轉(zhuǎn)速測(cè)量四個(gè)部分。其中電壓、電流和扭矩的傳感器測(cè)量信號(hào)都是模擬量信號(hào)，而轉(zhuǎn)速信號(hào)是光電傳第 22 頁(yè) 共 54 頁(yè) 感器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)。因?yàn)樾盘?hào)的不同，軟件設(shè)計(jì)也不同。模擬量信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡采集后，在軟件程序中經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換，再通過(guò)顯示控件通過(guò)數(shù)字信號(hào)形式顯示出來(lái)，模擬量信號(hào)測(cè)量流程圖如圖 27 所示。 圖 27 模擬信號(hào)測(cè)量流程圖 電壓測(cè)量 電機(jī)的額定電壓 為 60V，對(duì)電機(jī)實(shí)際電壓的測(cè)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(shù)據(jù)采集卡采用模擬輸入信號(hào)范圍為± 10V，信號(hào)電壓輸入 0號(hào)輸出到 信號(hào)采集范圍為 0以對(duì)于實(shí)際電壓 60V 大小的測(cè)量得依靠直流電壓變送器的衰減來(lái)測(cè)量，選用適當(dāng)?shù)闹绷麟妷鹤兯推靼凑找欢ū壤禂?shù)進(jìn)行衰減，在數(shù)據(jù)采集卡中就得到 0模擬信號(hào)值。 軟件通過(guò)讀取信號(hào)采集卡的模擬量輸入通道信號(hào)值，在程序中通過(guò)還原放大直流電壓變送器衰減比例系數(shù)，使 0測(cè) 量值放大還原成 0實(shí)Y N 開(kāi)始 初始化設(shè)備 初始化 件 讀取模擬口數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)處理 釋放 件 是否結(jié)束？ 釋放設(shè)備 結(jié)束 第 23 頁(yè) 共 54 頁(yè) 際測(cè)量電壓值，在前面板顯示控件上直接顯示測(cè)量的實(shí)際測(cè)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(gè)電壓顯示值范圍在 0條件結(jié)構(gòu)。當(dāng)測(cè)量值在 0，條件結(jié)構(gòu)輸出為真，則顯示正常電壓測(cè)量值，電壓測(cè)量軟件程序圖如圖 28 所示。 圖 28 電壓測(cè)量程序 電壓測(cè)量公式：020 ?，單位 V 。 電流測(cè)量 介于數(shù)據(jù)采集卡不能直接采集電流信號(hào)，所以硬件設(shè)計(jì)方面使用電流傳感器，將其經(jīng)過(guò)電流轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，從而方便數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集卡采用模擬輸入信號(hào)范圍為± 10，信號(hào)電壓輸入是 0號(hào)輸出到 信號(hào)采集范圍為 0模擬信號(hào)值。 軟件通過(guò)讀取信號(hào)采集卡的模擬量輸入通道信號(hào)值，在程序中通過(guò)還原其比例系數(shù)，使 0測(cè)量值放大還原成 0實(shí)際測(cè)量電流值，在前面板顯示控件上直接顯示測(cè)量的實(shí)際測(cè)量電流值， 電機(jī)電流測(cè)量程序圖如圖 29 所示。因?yàn)殡娏鞑豢赡艹霈F(xiàn)負(fù)值，但由于電磁干擾會(huì)對(duì)其影響，所以添加了測(cè)量值大于 0 的條件結(jié)構(gòu)，當(dāng)測(cè)量值大于 0 時(shí)輸出為真，才輸出電流測(cè)量值。 第 24 頁(yè) 共 54 頁(yè) 圖 29 電流測(cè)量程序 電流測(cè)量公式：34 ?，單位 A 。 扭矩測(cè)量 扭矩傳感器輸出的信號(hào)是比較高的頻率脈沖信號(hào)，在數(shù)據(jù)采集卡中也不能直接采集處理其信號(hào)，要通過(guò)一定方式處理扭矩傳感器傳出來(lái)的脈沖信號(hào)。扭矩傳感器輸出頻率范圍為 5用頻率轉(zhuǎn)電壓模塊將頻率輸入范圍是 0壓模擬信號(hào)，所以 扭矩傳感器頻率轉(zhuǎn)電壓范圍為 5據(jù)采集卡采用模擬輸入信號(hào)范圍為± 10，信號(hào)電壓輸入是 5號(hào)輸出到 因?yàn)榕ぞ丶虞d范圍為 0，當(dāng)零扭矩加載時(shí)，扭矩傳感器輸出 10過(guò)頻率轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集卡采集接收后輸出到 信號(hào)為 5V。當(dāng)滿(mǎn)扭矩加載時(shí)，扭矩傳感器輸出 5通過(guò)頻率轉(zhuǎn)電壓轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集卡采集接收后輸出到 信號(hào)為 軟件通過(guò) 樣通道將信號(hào)采集處理，通過(guò)顯示控件顯示數(shù)值 ， 扭矩測(cè)量程序圖如圖 30 所示。 第 25 頁(yè) 共 54 頁(yè) 圖 30 扭矩測(cè)量程序 扭矩理論測(cè)量公式：120100 ?理論，單位 。 但在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行，電機(jī)空載空轉(zhuǎn)時(shí)，由于其他傳感器或電源模 塊對(duì)數(shù)據(jù)采集卡扭矩信號(hào)輸入有一定電磁干擾，軟件扭矩顯示控件測(cè)得大概 誤差。此誤差對(duì)最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響，為了減小誤差，在軟件測(cè)試程序中給予矯正。 所以，扭矩實(shí)際測(cè)量公式：11 ????實(shí)際，單位 。 因?yàn)榕ぞ貍鞲衅魇禽敵雒}沖信號(hào)，理論上是可以利用數(shù)據(jù)采集卡計(jì)數(shù)器的口進(jìn)行計(jì)數(shù)處理的。但因?yàn)閿?shù)據(jù)采集卡本身硬件條件，其計(jì)數(shù)器是從 65536開(kāi)始減去其脈沖頻率值計(jì)數(shù)的，原本其脈沖信號(hào)范圍在 5隔一段時(shí)間，計(jì)數(shù)器重置， 會(huì)產(chǎn)生較大誤差。所以，系統(tǒng)沒(méi)有采用計(jì)數(shù)器方法測(cè)扭矩信號(hào)，而是采用轉(zhuǎn)換電壓法測(cè)扭矩信號(hào)。如果硬件條件允許的話(huà)，還是可以考慮計(jì)數(shù)器法測(cè)扭矩信號(hào)的。 轉(zhuǎn)速測(cè)量 1、測(cè)量頻率法 電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量原理是采用光電效應(yīng)來(lái)測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速，利用電機(jī)輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)一起帶動(dòng)輸出軸和光電碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤(pán)上有 60 條分布均勻的光縫，每轉(zhuǎn)一圈的物理量便轉(zhuǎn)化為 60 個(gè)穩(wěn)定可靠的脈沖信號(hào)，將其脈沖信號(hào)輸入至 據(jù)采集卡的 8254 計(jì)數(shù)器的 ，通過(guò)該端口進(jìn)行記數(shù)和顯示，頻率測(cè)轉(zhuǎn)速流程圖如圖 31 所示。 第 26 頁(yè) 共 54 頁(yè) 圖 31 頻率測(cè)轉(zhuǎn)速流程圖 該程序采用的是順序結(jié)構(gòu)中的平鋪式順序結(jié)構(gòu)，它包含了多個(gè)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(jì)數(shù)通道0 輸出的計(jì)數(shù)值送至后一秒鐘變量 ，經(jīng)過(guò)延時(shí)一秒之后，將此時(shí)寄存器中的計(jì)數(shù)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(nèi)磁電轉(zhuǎn)速傳感器計(jì)數(shù)器的值，經(jīng)過(guò)一定的數(shù)值處理之后就可以得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速測(cè)量程序圖如圖 32 所示 . Y N 開(kāi)始 初始化設(shè)備 輸 出 脈 沖 到行計(jì)數(shù) 初始化計(jì)數(shù)器 讀取計(jì)數(shù)值存為 2 數(shù)值存為 時(shí) 1S 轉(zhuǎn)速 V=否結(jié)束？ 釋放設(shè)備 結(jié)束 第 27 頁(yè) 共 54 頁(yè) 圖 32 頻率測(cè)轉(zhuǎn)速程序 頻率法測(cè)轉(zhuǎn)速公式： ? ? 1212 60/60 ??? ,單位 速度公式： ??? ?單位 。（ R 為輪胎半徑， n 為轉(zhuǎn)速） 2、測(cè)量電壓法 轉(zhuǎn)速的測(cè)量，不僅可以用計(jì)數(shù)器功能實(shí)現(xiàn)，還可以用模擬通道實(shí)現(xiàn)。 利用電機(jī)輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)一起帶動(dòng)輸出軸和光電碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤(pán)上有 60 條分布均勻的光縫，轉(zhuǎn)動(dòng)的物理量便轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定可靠的脈沖信號(hào)， 使用頻率轉(zhuǎn)電壓模塊把輸出的脈沖信號(hào)便可轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)采集卡能采集的電壓信號(hào)，電壓測(cè)轉(zhuǎn)速流程圖如圖 33 所示。 第 28 頁(yè) 共 54 頁(yè) 圖 33 電壓測(cè)轉(zhuǎn)速流程圖 光電轉(zhuǎn)速傳感器在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)后輸出脈沖信號(hào)，頻率轉(zhuǎn)電壓電路模塊輸入端將其脈沖信號(hào)接收采 集信號(hào)頻率，輸出端輸出為數(shù)據(jù)采集卡采集范圍以?xún)?nèi)的電壓模擬信號(hào)。頻率轉(zhuǎn)電壓模塊頻率 輸入范圍是 0壓輸出 0-10