虚拟仪器技术电动车转速测量与控制系统软件设计(附件)
电机作为电动自行车动力的来源，其性能的优劣直接决定了整车系统运行的效率及稳定性。传统的电机测试设备自动化程度不高，需要人工测试，记录数据并对数据进行分析，这很大程度上限值了电动车测试的速度与质量，所以设计一个自动化测试平台对电机的性能进行测试十分必要。
针对江苏苏能公司生产的无刷直流电机，根据其各项性能参数测试的需要，结合当前电机测试技术的发展趋势，应用LABVIEW图形化软件平台，采用电压、电流、霍尔转速传感器、USB总线及数据采集卡设计了一套完整的测试系统。实现了对电机速度的控制、参数实时测量和计算、曲线显示、数据保存、历史数据查询、软件仿真及打印报表等功能。本系统集软件仿真和实时测量为一体，提高了电机测量的效率、数据处理的精确度和可靠性, 从而对电机作出一个合理的评价，为进一步改善电机的质量提供建议和依据。
关键词 LABVIEW ，数据采集卡，电机速度控制、无刷直流电机
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 电机测试技术国内外发展现状及趋势 1
1.3 课题的主要工作及要求 2
2 总体方案设计 3
2.1 电机参数检测内容 3
2.2 电机自动测试系统整体结构框图 4
2.3 电机速度控制框图 5
3 LABVIEW与虚拟仪器 5
3.1 Labview简介 5
3.2 虚拟仪器简介 6
3.3 总线介绍及选择 7
3.4 数据采集卡简介 8
3.5 传感器模块介绍 9
4 系统软件设计 12
4.1 测试前的登陆与设置 14
4.2 电机参数测量系统 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
18
4.3 功率与效率计算模块 21
4.4 测试数据实时显示与曲线图 22
4.5 数据的保存、查询和测试报表的生成 24
4.6 测试异常报警与其他功能 28
4.7 扭矩控制与速度控制系统 28
4.8 软件模拟电机调速控制 30
5 系统调试与误差分析 32
5.1 传感器安装与调试 32
5.2 软件调试 33
5.3 测试数据的分析 34
5.4 误差分析 37
总结与展望 39
致 谢 40
参考文献 41
附录A：SPWM电机测试数据报表 42
附录B：PWM电机测试数据报表 43
1 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
随着社会的发展、科技的进步以及人们对环保的意识日益增强，电动自行车以其节能、环保、骑行方便等优点受到人们的青睐。同时国家对电动车产业的大力支持也推动了电动车技术的迅速发展。电机作为电动自行车的动力，其性能的稳定是整个电动车系统稳定的基础。为了使电机系统具有较好的性能和质量，保证电机安全与可靠性，常常需要对电机进行测试。过去的检测完全依赖人工测试、记录数据，再对电机的数据进行分析，以此来评价电机的性能和质量，这很大程度上限制了电机检测速度与质量，所以设计一个自动化的测试平台对电机的性能进行测试非常必要。
随着计算机技术和测试技术的发展，采用传感器技术、数据采集卡和计算机组合的测试系统可以很方便的对电机的运行的参数进行测量，然后将数据进行处理、保存和显示，大大降低了人工测试工作强度，提高了电机检测的效率和产品的质量。
1.2 电机测试技术国内外发展现状及趋势
1.2.1 电机测试技术的发展现状
当今世界任何高科技的产生和发展都离不开测量和控制，测试技术在工业的发展中占有举足轻重的作用，任何工业国家都非常重视测试仪器的发展。电机是将电能转换为机械能的装置，广泛应用在工业、农业、交通运输、日常生活等各个方面。工程师和科学家们为了获得电机最高的效率和性能，需要对电机的各种性能参数进行测量，利用测试数据计算电机的参数和绘制电机工作特性曲线图，从而通过数据反映出电机的性能和质量，因此电机的测试技术对电机的质量的提高有着非常重要的意义。
测试仪器经历了从模拟仪器、数字仪器、智能仪器到如今的虚拟仪器的发展历程。
（1）模拟仪器：以电压表、电流表、码表、压力表等指针式的仪表，它是基于物理定律发展的仪器仪表，采用工人手工记录数据，再通过整理成数据并绘制曲线图。人工读取数据效率低，记录过程中会出现时间误差和读数出现读数的误差，导致效率低下，测量精度不高。
（2）数字仪器 数字仪器是将模拟信号转换为数字量的仪器，通过数字的方式显示，从而方便了人们读取数据。数字仪器如数字电压表、数字万用表、数字频率计等已广泛应用于现代测量领域中。
（3）智能仪器：随着微处理器技术的发展，智能仪器上内置有微处理器，可以实现控制测量、处理数据、记录和保存数据的功能，基于微控制器的智能仪器使电机测试技术水平有了很大提高
（4）虚拟仪器（Virtual instrument）：随着传感器技术以及计算机科学技术的迅速发展，以计算机技术、传感器技术和数据采集卡组成的虚拟仪器技术是测试测量和控制技术的发展趋势，虚拟仪器的迅速发展使得电机测试技术也迎来了新的发展机遇。
在电机测试技的发展史上，欧美日等发达国家最先使用微机进行电机的性能测试，能实现数据的自动测试和处理。如日本的三菱研制的过程控制微型计算机，在电机测试中实现了电机检测的技术的简化。美国的国际电机测试公司生产的电机性能综合测试仪，可以实现电机自动测试检测电机的电压、电流、转速、输入功率、输出功率、效率等多个参数，自动完成数据的处理、存储、查询等功能。德国的西门子公司也研制了自动化电机测试平台，用于无刷直流电机的测试。
同样在国内一些大学的研究机构和企业也在研制电机自动测试平台，南京航空航天大学研制的ZR-II型电机检测系统、浙江大学研制的电机顺变转矩-转速曲线仪，北京荣华电机公司研制了PTR-Z11型电机自动检测仪。
从国内外电机测试仪器的发展可以看出，传统的电机测试技术不同程度地受限于计算机和传感器技术的发展，无法满足现代测试技术新的要求。同时其功能比较单一、价格昂贵、测试精度和自动化测试程度低，使得传统仪器设备具有很多局限性，难以实现对多类电机进行测试。
1.2.2 电机测试技术的发展现状
近年来，随着虚拟仪器广阔的应用前景及其广泛的使用，国内外的许多公司和科研机构开始研制基于虚拟仪器的电机测试技术。美国的MAGTROL公司在电机测试行业具有50年的生产和研发历史，是测功机行业的领军企业。该公司研制了多款基于虚拟仪器的电机测试产品，其中M-TEST5.0软件采集信号的速率很快，1秒钟采集的数据高达120组，高速的电机信号采样率使得电机测量的效率大幅度提升。国内的测功电机企业也在紧跟电机测试技术的最新发展趋势，如杭州的测功科技有限公司研制的测功机是基于虚拟仪器和数据采集卡平台研发的产品，产品在国内测功机的市场占据一定的份额。
基于虚拟仪器的电机测试技术是发展的潮流，高速的数据采集卡、高精度的传感器、性能优越的计算机和传输速率越来越快的总线技术，推动了电机测试技术的发展。使得电机的测试技术不再局限于硬件上，开发者能在较短时间内设计功能齐全的软件产品，快速地实现将软件与硬件结合。
二、软件系统整体设计框图和各模块设计流程图，在Labview开发平台和数据采集卡实现对电机的转速的控制、实现数据的采集、处理、实时显示、存储、查询及打印报表等功能
1 绪论 1
1.1 课题研究的背景和意义 1
1.2 电机测试技术国内外发展现状及趋势 1
1.3 课题的主要工作及要求 2
2 总体方案设计 3
2.1 电机参数检测内容 3
2.2 电机自动测试系统整体结构框图 4
2.3 电机速度控制框图 5
3 LABVIEW与虚拟仪器 5
3.1 Labview简介 5
3.2 虚拟仪器简介 6
3.3 总线介绍及选择 7
3.4 数据采集卡简介 8
3.5 传感器模块介绍 9
4 系统软件设计 12
4.1 测试前的登陆与设置 14
4.2 电机参数测量系统 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
18
4.3 功率与效率计算模块 21
4.4 测试数据实时显示与曲线图 22
4.5 数据的保存、查询和测试报表的生成 24
4.6 测试异常报警与其他功能 28
4.7 扭矩控制与速度控制系统 28
4.8 软件模拟电机调速控制 30
5 系统调试与误差分析 32
5.1 传感器安装与调试 32
5.2 软件调试 33
5.3 测试数据的分析 34
5.4 误差分析 37
总结与展望 39
致 谢 40
参考文献 41
附录A：SPWM电机测试数据报表 42
附录B：PWM电机测试数据报表 43
1 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
随着社会的发展、科技的进步以及人们对环保的意识日益增强，电动自行车以其节能、环保、骑行方便等优点受到人们的青睐。同时国家对电动车产业的大力支持也推动了电动车技术的迅速发展。电机作为电动自行车的动力，其性能的稳定是整个电动车系统稳定的基础。为了使电机系统具有较好的性能和质量，保证电机安全与可靠性，常常需要对电机进行测试。过去的检测完全依赖人工测试、记录数据，再对电机的数据进行分析，以此来评价电机的性能和质量，这很大程度上限制了电机检测速度与质量，所以设计一个自动化的测试平台对电机的性能进行测试非常必要。
随着计算机技术和测试技术的发展，采用传感器技术、数据采集卡和计算机组合的测试系统可以很方便的对电机的运行的参数进行测量，然后将数据进行处理、保存和显示，大大降低了人工测试工作强度，提高了电机检测的效率和产品的质量。
1.2 电机测试技术国内外发展现状及趋势
1.2.1 电机测试技术的发展现状
当今世界任何高科技的产生和发展都离不开测量和控制，测试技术在工业的发展中占有举足轻重的作用，任何工业国家都非常重视测试仪器的发展。电机是将电能转换为机械能的装置，广泛应用在工业、农业、交通运输、日常生活等各个方面。工程师和科学家们为了获得电机最高的效率和性能，需要对电机的各种性能参数进行测量，利用测试数据计算电机的参数和绘制电机工作特性曲线图，从而通过数据反映出电机的性能和质量，因此电机的测试技术对电机的质量的提高有着非常重要的意义。
测试仪器经历了从模拟仪器、数字仪器、智能仪器到如今的虚拟仪器的发展历程。
（1）模拟仪器：以电压表、电流表、码表、压力表等指针式的仪表，它是基于物理定律发展的仪器仪表，采用工人手工记录数据，再通过整理成数据并绘制曲线图。人工读取数据效率低，记录过程中会出现时间误差和读数出现读数的误差，导致效率低下，测量精度不高。
（2）数字仪器 数字仪器是将模拟信号转换为数字量的仪器，通过数字的方式显示，从而方便了人们读取数据。数字仪器如数字电压表、数字万用表、数字频率计等已广泛应用于现代测量领域中。
（3）智能仪器：随着微处理器技术的发展，智能仪器上内置有微处理器，可以实现控制测量、处理数据、记录和保存数据的功能，基于微控制器的智能仪器使电机测试技术水平有了很大提高
（4）虚拟仪器（Virtual instrument）：随着传感器技术以及计算机科学技术的迅速发展，以计算机技术、传感器技术和数据采集卡组成的虚拟仪器技术是测试测量和控制技术的发展趋势，虚拟仪器的迅速发展使得电机测试技术也迎来了新的发展机遇。
在电机测试技的发展史上，欧美日等发达国家最先使用微机进行电机的性能测试，能实现数据的自动测试和处理。如日本的三菱研制的过程控制微型计算机，在电机测试中实现了电机检测的技术的简化。美国的国际电机测试公司生产的电机性能综合测试仪，可以实现电机自动测试检测电机的电压、电流、转速、输入功率、输出功率、效率等多个参数，自动完成数据的处理、存储、查询等功能。德国的西门子公司也研制了自动化电机测试平台，用于无刷直流电机的测试。
同样在国内一些大学的研究机构和企业也在研制电机自动测试平台，南京航空航天大学研制的ZR-II型电机检测系统、浙江大学研制的电机顺变转矩-转速曲线仪，北京荣华电机公司研制了PTR-Z11型电机自动检测仪。
从国内外电机测试仪器的发展可以看出，传统的电机测试技术不同程度地受限于计算机和传感器技术的发展，无法满足现代测试技术新的要求。同时其功能比较单一、价格昂贵、测试精度和自动化测试程度低，使得传统仪器设备具有很多局限性，难以实现对多类电机进行测试。
1.2.2 电机测试技术的发展现状
近年来，随着虚拟仪器广阔的应用前景及其广泛的使用，国内外的许多公司和科研机构开始研制基于虚拟仪器的电机测试技术。美国的MAGTROL公司在电机测试行业具有50年的生产和研发历史，是测功机行业的领军企业。该公司研制了多款基于虚拟仪器的电机测试产品，其中M-TEST5.0软件采集信号的速率很快，1秒钟采集的数据高达120组，高速的电机信号采样率使得电机测量的效率大幅度提升。国内的测功电机企业也在紧跟电机测试技术的最新发展趋势，如杭州的测功科技有限公司研制的测功机是基于虚拟仪器和数据采集卡平台研发的产品，产品在国内测功机的市场占据一定的份额。
基于虚拟仪器的电机测试技术是发展的潮流，高速的数据采集卡、高精度的传感器、性能优越的计算机和传输速率越来越快的总线技术，推动了电机测试技术的发展。使得电机的测试技术不再局限于硬件上，开发者能在较短时间内设计功能齐全的软件产品，快速地实现将软件与硬件结合。
二、软件系统整体设计框图和各模块设计流程图，在Labview开发平台和数据采集卡实现对电机的转速的控制、实现数据的采集、处理、实时显示、存储、查询及打印报表等功能
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