基于LabVIEW的電機壽命測試控制系統設計與實現

作者 王瑛(奇瑞新能源汽車技術有限公司，安徽 蕪湖 241002)

　　摘要：本文介紹了基于LabVIEW的電機壽命測試控制系統，詳細介紹了其系統架構和測試平臺的搭建，并對電機壽命測試的工作過程做了詳細的說明。系統具有友好的人機交互界面，控制效果好，可靠性高。

　　關鍵詞：LabVIEW;電機;壽命測試;控制系統

　　*基金項目：蕪湖市科技重大專項“高性能平臺化電驅動系統研發”(項目編號2017zd01)。

　　0 引言

　　LabVIEW是美國NI公司推出的虛擬儀器開發平臺軟件，具有簡潔圖形化編程環境和強大的功能。它廣泛應用于數據采集與控制、信號處理、數據顯示、數據分析等領域。采用虛擬儀器技術，有以下優勢：1.突破了傳統儀器在數據處理、顯示、存儲等方面的限制;2.利用計算機豐富的軟件資源，增加了系統靈活性;3.通過軟件技術和相應數值算法，實時、直接地對測試數據進行各種分析和處理，通過圖形用戶界面(GUI)技術，真正做到界面友好，人機交互^[1] 。

　　本文利用了LabVIEW的上述特點，設計了電機壽命測試控制系統，可以根據測試工況自動運行，實時監測電驅動系統的狀態，系統異常時自動停止并報警，保障系統安全，實現了電機壽命測試的自動化。

　　1 控制系統設計

　　1.1 系統原理及架構

　　本文設計的電機壽命測試控制系統是采用美國NI公司的LabVIEW8.0軟件平臺和NI PXI-8464 雙端口收發器，NI PXI-6528 I/O模塊構建而成，其系統組成如圖1所示。電機壽命測試控制系統由同軸相連的永磁同步電機1和永磁同步電機2、電機控制器1、電機控制器2、高壓電源、低壓電源(圖中未畫出)、報警燈驅動模塊、報警燈以及LabVIEW上位機組成。LabVIEW通過PXI-8464分別與電機控制器1和電機控制器2進行CAN通訊，PXI-6528輸出的數字信號給報警燈驅動模塊，用以控制報警燈的工作。本系統采用LabVIEW軟件所提供的工具包搭建壽命測試控制平臺，其實現的功能主要有：實時采集CAN總線上的數據并顯示;按照預先定義的壽命測試工況自動發送控制指令給電機控制器1和電機控制器2;記錄測試數據;實時監控電機的運轉狀態;系統運行異常時報警燈閃爍并響警鈴。

　　2 測試控制平臺搭建

　　電機壽命測試控制系統是基于LabVIEW8.0版本進行設計的。該設計中前面板共包括五個選項卡(見圖2)：首頁、控制、監測、波形和預留頁面。該控制系統可實現控制、監測、顯示、記錄等功能。打開該系統，選擇測試工況文件，選擇數據記錄路徑，點擊“開始測試”便可進入測試工況。點擊“一般保存”或“故障時保存”便可實現周期性實時存儲測試數據或故障發生后觸發數據存儲功能來保存測試數據。此時可以在控制、監測和波形選項卡頁面讀取電機和電機控制器的控制信息、狀態信息和故障信息，若有故障發生，該系統可發出報警信號，并自動按預定順序安全停止電機運行。

　　電機壽命測試控制系統的結構框圖見圖3所示，其主要模塊有：輸入模塊、CAN通訊模塊、測試控制模塊、故障診斷模塊、顯示模塊和存儲模塊等。

　　3 工作過程

　　電機壽命測試控制系統LabVIEW上位機界面運行后，系統自動讀入所選定的測試工況數據到LabVIEW程序中。

　　本文中的CAN通訊模塊包括CAN0和CAN1兩個模塊，分別用于與電機控制器1和電機控制器2的通訊。其中每個CAN模塊都包含數據編碼、數據發送、數據解碼、數據接收四個子模塊。

　　點擊“開始測試”按鈕后，時鐘模塊顯示測試開始時間和當前時間。電機壽命測試控制系統通過CAN數據編碼子模塊把所讀取的測試工況，主要為電驅動系統的控制信息，編碼成CAN消息的格式，通過CAN數據發送子模塊發送到CAN總線上，兩臺電機控制器從各自的CAN總線上接收CAN消息用于控制永磁同步電機的工作。電機壽命測試控制系統通過CAN數據接收子模塊接收CAN總線上的消息，通過CAN數據解碼子模塊把CAN消息解析成相應的物理量，主要為電驅動系統狀態信息和故障信息，若有故障發生，報告相應的電驅動系統故障，在前面板監測頁面點亮相應的報警指示燈。

　　CAN總線監控模塊讀取每一幀CAN消息的時間戳，如果某一循環周期內時間戳的值未更新，則認為CAN總線中斷，報告CAN總線中斷故障，點亮前面板監測頁面中CAN總線中斷故障報警指示燈。

　　當發生電驅動系統故障或CAN總線中斷故障時，在前面板首頁點亮相應的負載電機或被測電機的故障指示燈。電機壽命測試控制系統進入自動停止程序，按安全順序逐步發指令停止兩臺電機的運行，同時給出報警信號，報警燈閃爍并響警鈴，用于提示操作人員。

　　正常運行時按下停止測試按鈕，便進入停止運行程序，按照安全順序逐步停止兩臺電機的運行。

　　顯示模塊和存儲模塊用于顯示和存儲CAN解碼后的反饋信息(包括狀態信息和故障信息)和CAN編碼前的控制信息。

　　4 結論

　　電機壽命測試控制系統實現了測試過程的自動化，無須人工發送CAN消息便可實現兩臺電機按預先設定工況進行測試;一旦有故障發生自動停止電機運行并報警，有效地縮短了人工控制的反應時間，提高了系統的安全性。

　　參考文獻：

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

　　[3]王莉,楊鵬.基于LabVIEW的虛擬示波器的設計與實現[J].實驗室研究與探索,2010,29(1):62-64.

　　[4]王歡.基于LabVIEW的實時控制與仿真技術應用研究[D].南京航空航天大學,2008.

　　作者簡介：

　　王瑛(1985-)，女，工程師，研究方向：新能源汽車電驅動系統控制技術。

本文來源于科技期刊《電子產品世界》2019年第2期第29頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處