基于LabVIEW的車用電機控制器調試系統

萬曉鳳，朱俊裕，凌金福

(南昌大學，江西南昌330031)

0 引 言

隨著石油危機和環境污染的日益嚴重，具有高效節能、低排放的電動汽車正在迅猛發展，而作為電動汽車研究的關鍵技術之一的電機控制器也進展的迅速。為了加快電機控制器的研究，在設計、調試和監控過程中通常需要專門的分析診斷工具和調試軟件的輔助，但目前大部分都只是采用傳統的測試工具，或直接使用簡單的串口調試助手等軟件調試，都只能進行單指令的調試，不利于數據的編輯、保存，且實時性差。針對上述缺陷，本文將介紹利用Lab-VIEW開發設計出的一套可實時監控和調試的電機控制器智能調試系統。

1 LabVIEW簡介

LabVIEW是由美國國家儀器(NI)公司研制開發的一種應用程序開發環境。它使用圖形化編輯語言G編寫程序，以框圖的形式產生程序，盡可能地利用了科學家、工程師、技術人員所常用的術語、圖標和概念，是一個面向終極用戶的編程工具。使用者可以通過它增強構建自己的工程系統能力和科學研究體系，進行理論研究、應用設計和測試并實現虛擬儀器系統時，能讓儀器編程和數據采集系統相結合，大大提高工作效率。

2 系統的組成及其工作原理

系統是在PC機上基于LabVIEW開發平臺進行的，通過PC機的RS232接口與電機控制器進行通信。調試系統將接收的數據經過處理分析以圖文的形式友好地顯示在人機界面上，并可在對話窗口中方便地對電機控制器的參數進行修改。另外，系統還對已運行的結果進行了保存，可隨時對已運行的情況進行回放。系統主要由串口通信模塊、參數設置模塊、圖文顯示模塊和數據保存/回放模塊組成，結構框圖如圖1所示。

圖1 系統總體框圖

3 系統設計

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計。主要包括以下部分的設計:串口通信模塊設計、參數設置模塊設計、圖文顯示模塊設計和數據保存/回放模塊設計。程序流程圖如圖2所示。

3.1 串口通信模塊設計

LabVIEW串口子VI由5個串行通信節點組成，分別用以實現串口的初始化、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子系統，就可實現串口通信功能。串口通信子程序如圖3所示。

圖2 程序流程圖

圖3 串口通信模塊設計子程序

3.2 參數設置模塊設計

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

圖4 參數設置模塊子程序

3.3 圖文顯示模塊設計

系統將上傳的數據經過搜索字符串和截取字符串提取所需的數據信息，數據再通過算法分析處理后以圖文的形式逐一顯示。圖文顯示的詳細設計程序如圖5所示。本模塊可形象、直觀地顯示電機控制器當前的運行狀態，實時監控直流母線電壓、IPM智能模塊的溫度、電機輸出轉矩、定子電流、運行速度、加速度等，并以圖形的形式將電機定子電流的波形、實際運行的速度和給定速度實時的顯示出來。

圖5 圖文顯示模塊子程序

3.4 數據保存模塊設計

在調試工程中往往需要對已運行的情況進行分析，本系統設計了數據保存功能，可對歷史數據進行回放。數據的保存和圖文顯示是同時進行的，將數據保存在設定的途徑中，在回放時直接調用已保存的數據就可。圖6是數據保存/回放模塊子程序。

圖6 數據保存/回放模塊子程序

本平臺是通用型調試系統平臺，針對于不同的電機，只需修改它的參數即可。在調試過程中可方便地修改電機的控制參數，控制電機的起動和停止，并實時將電機的運行情況動態地顯示在人機界面上。

4 調試實例

通過10 kW交流異步電機控制器的開發調試實例闡述其調試過程?？刂破鲄?峰值容量38 kVA，額定輸入直流電壓288 V，額定輸出電壓168 V，連續電流43 A，峰值電流130 A，工作溫度-25～60℃，效率95%。電機參數:額定功率10 kW，額定轉矩32 N·m，額定轉速3 000 r/min時，最大轉矩為100 N·m，峰值轉速為5 600 r/min，調速范圍為0 ～5 600 r/min，轉子電阻0.816 Ω，轉子電抗0.071 mH。先設置好串口，確保通信順利后，由電機型號設置好電機參數，再根據電機控制系統的理論分析，設置好控制參數的初值，點擊參數修改和起動鍵后，觀察實驗結果。在調試過程中，可將數據進行保存并回放調試過程，分析電機運行狀態，不斷的調整控制參數，直至調出理想結果。圖7是筆者調試出的理想狀態監控圖。

圖7 調試監控圖

5 結 語

本調試系統人機界面友好，具有實時監控電機控制系統運行狀態的功能;操作方便，可隨時修改控制參數，加快調試進程;通用型好，能適合不同型號的電機控制器;功能強大，能將數據進行保存和進程回放，十分有利于電機控制系統的調試和分析。通過本調試系統，能方便地對電機控制系統進行調試，大大提高調試效率，縮短開發時間。

［1］ 楊樂平，李海濤.LabVIEW高級程序設計［M］.北京:清華大學出版社，2003.

［2］ 楊樂平.LabVIEW程序設計與應用［M］.第2版 .北京:電子工業出版社，2006.

［3］ Wan Xiao-feng，Xiao Jing，Hu Hai-lin.Vector control speed of EV AC motor based on TM320LF2407A ［J］.2010 International Conference on CESCE，2010，197:89-92.

［4］ 蔣威，吳建華.基于MATLAB和LabVIEW的電機控制系統集成開發［J］.機電工程，2006，23(7):8-9.

［5］ 李瑞先.基于LabVIEW電機控制實驗系統的軟件設計及實現［J］.山東理工大學學報，2006，20(4):52-56.