基于LabVIEW的電動車無刷直流電機檢測系統的設計

基于LabVIEW的電動車無刷直流電機檢測系統的設計

許其山， 曾慶平

(蕪湖杰諾瑞汽車電氣系統有限公司，安徽 蕪湖 241000)

摘要：以無刷直流電機為研究對象，通過對無刷直流電機的工作原理以及調速控制策略的研究，設計了一種基于LabVIEW的檢測系統，系統可以對電機的參數進行檢測并存儲實時數據，使用方便，移植性強.

關鍵詞：LabVIEW；直流電機；電動車；檢測

doi:10.16055/j.issn.1672-058X.2015.0012.013

收稿日期：2015-06-10；修回日期：2015-07-01.

作者簡介：許其山(1962-)，男，安徽來安人，工程師，從事機電產品及汽車電控系統研究.

中圖分類號：TP277文獻標志碼：A

隨著世界經濟的飛速發展,以石油、煤和天然氣等礦物型能源的消耗在逐年增加，節能永續發展是當今社會的共識，節能也是電動機行業一個永恒的主題, 無刷直流電機在工業自動化、車間生產傳動、電動車和家用電器方面有著廣泛的應用，無刷直流電機具有高效[1]，高功率密度以及寬范圍的調速性能,正逐漸成為新能源電動汽車傳動中所采用的首選電機，電機運行的好壞直接關系到車輛的舒適度和行車安全.虛擬儀器是美國國家儀器公司(National Instruments,NI)的軟件產品，是圖形化的編程語言和開發環境，LabVIEW采用數據流編程方式[2].用戶界面在LabVIEW中被稱為前面板，使用圖表和連線，可以通過編程對前面板上的對象進行控制，這就是圖形化源代碼，又稱G(Graphics)代碼.虛擬儀器具有強大的計算機處理、分析功能，結合虛擬儀器技術對無刷電機的參數進行在線檢測，對于電動汽車來說具有重要的研究意義.

1系統硬件設計

無刷直流電機一般主要由永磁體、線圈繞組的定子和位置傳感器組成，通過位置傳感器將轉子位置信號輸出，經過控制器中的驅動電路來驅動逆變器中各向繞組中的功率開關管，使電機各相繞組以一定的順序通電，從而在電機定子中產生旋轉磁場驅動轉子不停地旋轉，隨著旋轉的進行，位置傳感器輸出的位置信號也是按照一定的次序連續變化，從而改變電樞繞組中的電流通電狀態，某一磁極下導體中的電流方向始終保持不變[4].如圖1所示是無刷直流電機結構原理示意圖.

1.2系統硬件組成

硬件系統主要由傳感器，信號調理模塊、數據采集卡、具有LabVIEW的上位機，控制器組成，如圖2所示系統硬件組成結構框圖.通過具有LabVIEW的上位機利用LabVIEW 9.0軟件對其進行算法編程，使其產生能控制無刷直流電機需要的PWM信號，經控制器中的驅動電路放大，然后驅動無刷直流電機，通過改變脈沖信號的周期或頻率來改變無刷直流電機的輸入電壓值，實現對無刷直流電機速度的調節，由轉矩轉速傳感器采集無刷直流電機的轉速和轉矩信號，經過信號調理模塊的放大，濾波和激勵后送給數據采集卡，由數據采集卡將調理后的信號送給具有LabVIEW的上位機進行分析，處理.

圖1　無刷直流電機結構示意圖

圖2　系統硬件組成結構框圖

(1) 傳感器的選擇.傳感器是把非電量信號轉換成電量信號參數的器件,通過傳感器將非電量信號轉換成電參數信號后,輸出到信號調理模塊.根據被測的無刷直流電機的轉速和轉矩信號的特性，因此選用了NJ型轉矩轉速傳感器,其性能指標為：轉矩測量精度：分為0.1級和0.2級.

靜校：直接用砝碼產生標準力矩校準時，其測量誤差0.1級不大于額定值的 ±0.1%；0.2級不大于額定值的±0.2%.

轉速變化的附加誤差：在規定轉速范圍內變化時，轉矩讀數變化不大于額定轉矩的±0.1%(國家標準為±0.2%).

(2) 信號調理模塊的選擇.信號調理模塊功能是對進入數據采集卡的傳感器信號進行預處理,使NJ型轉矩轉速傳感器傳輸過來的電信號和數據采集卡平穩對接，對NJ型轉矩轉速傳感器采集的信號比較微弱需要進行放大，濾除不需要的信號將有用的信號輸入數據采集卡.選用NI SCXI信號調理模塊，SCXI系統由多通道信號調理模塊組成，模塊安裝于一個或多個堅固的機箱內，能從各種模擬輸入、模擬輸出、數字I/O以及開關模塊中進行選擇，以滿足應用程序的具體需求.

(3) 數據采集卡的選擇.根據采集信號的類型和檢測需要，選用NI PCI-6225數據采集板卡，它是一款低價位多功能M系列數據采集(DAQ)板卡，其采樣率為1.25 MS/s，有80條測量通道.可溯源至NIST的校準, 以及70多個信號調理選項，2路16位模擬輸出，高達24路數字I/O，2個32位計數器，另有5倍采樣速率的高速M系列和4倍分辨率的高精度M系列可供選擇.

4.消費者權益得不到有效保護。網絡模式下的餐飲業法律規定不完善，很難確保消費者在網絡交易過程中的權益得到有效保護。另外，由于消費者與網絡餐飲業對食品質量的評判標準不同，因此在調查取證的過程中容易出現分歧，無法較好地保護消費者的合法權益[1]。

2系統軟件設計

對數據采集卡本身進行設置，通過數據采集(DAQ)卡本身提供的設置控件來進行設置，依據所選擇的數據采集卡型號類型安裝對應的驅動程序,此處采用的是NI PCI-6225型數據采集板卡，將該數據采集卡安裝在計算機中的PCI插槽上時,LabVIEW軟件會自動提示用戶安裝數據采集卡的驅動程序,按照操作步奏進行驅動程序的安裝，安裝完成后數據采集卡和LabVIEW軟件之間就可以進行通信了.其次要對數據采集卡的設備號，模擬輸入輸出極性、系統模式、通道的配置、采集信號的頻率、周期等進行一系列的設置.

此處設計的軟件實現采用G語言平臺LabVIEW完成,上位機采用LabVIEW 9.0軟件編程，充分發揮LabVIEW軟件的層次化、模塊化的優勢進行軟件設計[6].如圖3所示是系統軟件功能結構框圖，將檢測系統軟件功能劃分為電機參數輸入、系統參數設置、電機轉速檢測、電機轉矩檢測、數據讀取保存、數據實時顯示和異常報警，可以在軟件前面板上點擊對應的功能按鈕來運行各檢測模塊,完成相關參數的檢測、分析與處理.

如圖4所示是系統檢測流程框圖，在進入參數檢測試驗后，首先要選擇要檢測的信號，然后輸入無刷直流電機的標準和額定參數，在開始采集信息之前對采集的模式，采樣率、輸入輸出方式以及系統的配置進行設置，點擊檢測開始按鈕開始讀取采集的信息，通過波形圖將采集的信息實時的顯示出來并進行保存，對采集的參數數據進行分析與處理，若有采集參數的值超出正常的工作范圍值系統將發出異常報警，最終完成對無刷直流電機的各參數檢測.

圖3　系統軟件功能結構框圖

圖4　系統檢測流程框圖

3實驗結果

實驗結果表明，設計的無刷直流電動機檢測系統能及時、準確地采集電機的參數，可以保存數據、實時顯示、異常報警等功能，相對傳統儀器顯示出了強大數據的分析處理能力.如圖5所示是在電動車行駛的路上，在不同的控制檔位下采集的電機的轉速，從中可以看出響應比較快，控制比較準確，達到了設計的要求.

圖5　電機的轉速

4結語

以無刷直流電機為研究對象，充分發揮LabVIEW的優勢，利用其強大的功能，將LabVIEW與計算機技術結合，設計了一個基于LabVIEW的電機檢測操作系統，通過對功能模塊的切換可以對不同的參數進行檢測，該系統使用方便，移植性強，有效的準確的對無刷直流電機的參加進行檢測，節約了人力.

參考文獻：

[1] 張磊,肖偉,瞿文龍.直接檢測無刷直流電機轉子位置信號的方法[J].清華大學學報：自然科學版，2006,46(4):453-456

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[3] 熊玉勇，張海鷗，王桂蘭.基于虛擬儀器的磁電機定子自動檢測系統[J].機電工程, 2014，31(3)：339-341

[4] 史婷娜，吳曙光，方攸同，等.無位置傳感器永磁無刷直流電機的起動控制研究[J].中國電機工程學報, 2009，29(6)：111-114

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[8] 王瞿建，田全慧.一種基于子空間劃分的LCD顯示器光譜特征化模型[J].包裝工程工程版，2015，17：95-99

Detection System Design of Electric Brushless DCMotor Based on LabVIEW

XU Qi-shan， ZENG Qing-ping

(Wuhu Generator Automotive Electrical Systems Co.,Ltd, Anhui Wuhu 241000, China)

Abstract：By focusing on brushless DC motor, via studying the working principle of the brushless dc motor and speed regulating control strategy, a detection system based on LabVIEW is designed. The system can test the parameters of the motor and store the real-time data with easy use and strong portability.

Keywords：LabVIEW, DC motor, electric cars, detection