基于LabVIEW的車用電機(jī)控制器調(diào)試系統(tǒng)

萬曉鳳，朱俊裕，凌金福

(南昌大學(xué)，江西南昌330031)

0 引 言

隨著石油危機(jī)和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，具有高效節(jié)能、低排放的電動汽車正在迅猛發(fā)展，而作為電動汽車研究的關(guān)鍵技術(shù)之一的電機(jī)控制器也進(jìn)展的迅速。為了加快電機(jī)控制器的研究，在設(shè)計、調(diào)試和監(jiān)控過程中通常需要專門的分析診斷工具和調(diào)試軟件的輔助，但目前大部分都只是采用傳統(tǒng)的測試工具，或直接使用簡單的串口調(diào)試助手等軟件調(diào)試，都只能進(jìn)行單指令的調(diào)試，不利于數(shù)據(jù)的編輯、保存，且實(shí)時性差。針對上述缺陷，本文將介紹利用Lab-VIEW開發(fā)設(shè)計出的一套可實(shí)時監(jiān)控和調(diào)試的電機(jī)控制器智能調(diào)試系統(tǒng)。

1 LabVIEW簡介

LabVIEW是由美國國家儀器(NI)公司研制開發(fā)的一種應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境。它使用圖形化編輯語言G編寫程序，以框圖的形式產(chǎn)生程序，盡可能地利用了科學(xué)家、工程師、技術(shù)人員所常用的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，是一個面向終極用戶的編程工具。使用者可以通過它增強(qiáng)構(gòu)建自己的工程系統(tǒng)能力和科學(xué)研究體系，進(jìn)行理論研究、應(yīng)用設(shè)計和測試并實(shí)現(xiàn)虛擬儀器系統(tǒng)時，能讓儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相結(jié)合，大大提高工作效率。

2 系統(tǒng)的組成及其工作原理

系統(tǒng)是在PC機(jī)上基于LabVIEW開發(fā)平臺進(jìn)行的，通過PC機(jī)的RS232接口與電機(jī)控制器進(jìn)行通信。調(diào)試系統(tǒng)將接收的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理分析以圖文的形式友好地顯示在人機(jī)界面上，并可在對話窗口中方便地對電機(jī)控制器的參數(shù)進(jìn)行修改。另外，系統(tǒng)還對已運(yùn)行的結(jié)果進(jìn)行了保存，可隨時對已運(yùn)行的情況進(jìn)行回放。系統(tǒng)主要由串口通信模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、圖文顯示模塊和數(shù)據(jù)保存/回放模塊組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

3 系統(tǒng)設(shè)計

整個平臺是采用美國NI公司的圖形化編程語言編寫的，采用自頂向下的方法設(shè)計。主要包括以下部分的設(shè)計:串口通信模塊設(shè)計、參數(shù)設(shè)置模塊設(shè)計、圖文顯示模塊設(shè)計和數(shù)據(jù)保存/回放模塊設(shè)計。程序流程圖如圖2所示。

3.1 串口通信模塊設(shè)計

LabVIEW串口子VI由5個串行通信節(jié)點(diǎn)組成，分別用以實(shí)現(xiàn)串口的初始化、串口的讀寫、檢測串口緩存和中斷等功能。另外再加上連接字符串子模塊和輸入輸出子模塊以及循環(huán)子系統(tǒng)，就可實(shí)現(xiàn)串口通信功能。串口通信子程序如圖3所示。

圖2 程序流程圖

圖3 串口通信模塊設(shè)計子程序

3.2 參數(shù)設(shè)置模塊設(shè)計

為了滿足不同電機(jī)參數(shù)的需要，本平臺提供了電機(jī)參數(shù)的修改窗口，包括:額定功率、額定電壓、額定電流、轉(zhuǎn)子電阻、電感等。在調(diào)試過程中，可以不通過修改程序而改變電機(jī)的控制參數(shù)，包括速度控制環(huán)PI參數(shù)、電流控制環(huán)PI參數(shù)等，并可控制電機(jī)的起停和速度。程序設(shè)計時只需將各個參數(shù)輸入端通過一個數(shù)組傳送給串口發(fā)送子程序即可。具體程序如圖4所示。

圖4 參數(shù)設(shè)置模塊子程序

3.3 圖文顯示模塊設(shè)計

系統(tǒng)將上傳的數(shù)據(jù)經(jīng)過搜索字符串和截取字符串提取所需的數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)再通過算法分析處理后以圖文的形式逐一顯示。圖文顯示的詳細(xì)設(shè)計程序如圖5所示。本模塊可形象、直觀地顯示電機(jī)控制器當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時監(jiān)控直流母線電壓、IPM智能模塊的溫度、電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、定子電流、運(yùn)行速度、加速度等，并以圖形的形式將電機(jī)定子電流的波形、實(shí)際運(yùn)行的速度和給定速度實(shí)時的顯示出來。

圖5 圖文顯示模塊子程序

3.4 數(shù)據(jù)保存模塊設(shè)計

在調(diào)試工程中往往需要對已運(yùn)行的情況進(jìn)行分析，本系統(tǒng)設(shè)計了數(shù)據(jù)保存功能，可對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行回放。數(shù)據(jù)的保存和圖文顯示是同時進(jìn)行的，將數(shù)據(jù)保存在設(shè)定的途徑中，在回放時直接調(diào)用已保存的數(shù)據(jù)就可。圖6是數(shù)據(jù)保存/回放模塊子程序。

圖6 數(shù)據(jù)保存/回放模塊子程序

本平臺是通用型調(diào)試系統(tǒng)平臺，針對于不同的電機(jī)，只需修改它的參數(shù)即可。在調(diào)試過程中可方便地修改電機(jī)的控制參數(shù)，控制電機(jī)的起動和停止，并實(shí)時將電機(jī)的運(yùn)行情況動態(tài)地顯示在人機(jī)界面上。

4 調(diào)試實(shí)例

通過10 kW交流異步電機(jī)控制器的開發(fā)調(diào)試實(shí)例闡述其調(diào)試過程。控制器參數(shù):峰值容量38 kVA，額定輸入直流電壓288 V，額定輸出電壓168 V，連續(xù)電流43 A，峰值電流130 A，工作溫度-25～60℃，效率95%。電機(jī)參數(shù):額定功率10 kW，額定轉(zhuǎn)矩32 N·m，額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min時，最大轉(zhuǎn)矩為100 N·m，峰值轉(zhuǎn)速為5 600 r/min，調(diào)速范圍為0 ～5 600 r/min，轉(zhuǎn)子電阻0.816 Ω，轉(zhuǎn)子電抗0.071 mH。先設(shè)置好串口，確保通信順利后，由電機(jī)型號設(shè)置好電機(jī)參數(shù)，再根據(jù)電機(jī)控制系統(tǒng)的理論分析，設(shè)置好控制參數(shù)的初值，點(diǎn)擊參數(shù)修改和起動鍵后，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在調(diào)試過程中，可將數(shù)據(jù)進(jìn)行保存并回放調(diào)試過程，分析電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，不斷的調(diào)整控制參數(shù)，直至調(diào)出理想結(jié)果。圖7是筆者調(diào)試出的理想狀態(tài)監(jiān)控圖。

圖7 調(diào)試監(jiān)控圖

5 結(jié) 語

本調(diào)試系統(tǒng)人機(jī)界面友好，具有實(shí)時監(jiān)控電機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的功能;操作方便，可隨時修改控制參數(shù)，加快調(diào)試進(jìn)程;通用型好，能適合不同型號的電機(jī)控制器;功能強(qiáng)大，能將數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和進(jìn)程回放，十分有利于電機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)試和分析。通過本調(diào)試系統(tǒng)，能方便地對電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，大大提高調(diào)試效率，縮短開發(fā)時間。

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