LabVIEW在特种电机教学实验平台中的应用

魏佳丹，李国生

(南京航空航天大学自动化学院，江苏南京210016)

0 引言

“电机学”实验教学课程有必用开发一套通用的测试平台软件。我们可以利用计算机自动进行检测、处理和绘图，快速完成每台电机参数曲线的绘制，将提供的标准与学生的手工实验结果进行比对。还可以连续地监测电机实验过程。我们将实验中的引起的瞬态过程、电压冲击和扰动等模拟显示出来。因此该实验平台不仅能够适用于各型电机，并能够推广应用于工业应用［1-2]。

目前常用的计算机自动检测、处理和绘制的软件中，LabVIEW是一款功能强大的虚拟仪器设计平台软件。本文利用该软件开发了一套具备波形分析和电机特性测试能力的上位机软件。在设计中，综合考虑了强、弱电处理，上位机与下位机通信等相关问题。该软件平台既可以应用他电机教学实验领域，也可以应用和电机设计领域。

1 测试平台的组成和工作原理

该测试平台主要由原动机、特种电机、控制器和上位机四部分组成，如图1所示。其中，原动机采用一台普通异步电机和变频控制器组成;特种电机为实验的电机对象;控制器由功率电路、采样调理电路、主控电路以及隔离驱动电路等组成;上位机主要是通用计算机，安装有软件LabVIEW8.2和硬件PCI－6251板卡。

图1 测试平台组成框图

平台进入电机特性测试界面后，正确设置相应的参数，通过相应的按钮启动电机自动进行特性测试。于是电机的电流、电压等数据通过传感器和PCI板卡传送至上位机，上位机将接收的信息进行相应处理，并送到前台界面显示，并将所获得的数据自动整理、绘图和存档。

2 测试平台软件设计

LabVIEW是一种标准化的数据采集和虚拟仪器控制软件，该软件不仅提供了遵从GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡，而且还内置了支持TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。本文选择该软件用于开发测试平台软件［3-4]。

在系统硬件平台、工控机和PCI－6251板卡配置的基础上，根据测试平台要求，将测试平台软件设计为波形分析、空载特性测试、外特性测试、调节特性测试和使用帮助五个模块。

波形分析模块的数据是由PCI－6251板卡实时采集，然后通过相应处理得到的。PCI－6251在多通道扫描采样的情况下采样速度能达到1MS/s，数据的实时性较高，完全能满足电机高速运行的需要。普通示波器(如泰克的TPS2000系列)只能存储2500个数据点，且波形存储的速度比较慢。本测试平台设计的虚拟数字示波器可以根据需要存储足够数量的数据点，能够将系统切换过程的波形描述的更加精细，波形存储的时间也大为减少。

测试平台各模块的界面设计采用PCI-6251卡结合LabVIEW软件，其中电机空载特性测试、外特性测试和调节特性测试的设计思想基本一致。上位机软件通过串口向下位机控制器发送测试命令。控制器接收到指令后，启动电机进行测试，并将测试的数据存储下来，等测试实验完成后，将实验数据传回上位机。上位机接收到数据后将数据显示在表格中，拟合曲线呈现出来，并将当前的数据存入数据库。

利用LabVIEW的波形显示功能，设计界面显示软件，结合功能选择模块，进行各种特性的测试。如我们使用“开始实验”按钮可以启动电机，进行测试。使用“存储报告”按钮可对当前实验数据和曲线进行整理，生成实验报告;使用“实验历史”按钮可以调出以前的实验数据进行浏览等。

3 实验结果及分析

3.1 波形分析模块实验结果及分析

在实验中选择不同频率、峰峰值的信号进行对比测试，虚拟示波器和物理示波器计算误差比较参见图2。比较两者在频率和峰—峰值计算上的误差，可以很明显的看出虚拟示波器的计算精确度比物理示波器要高。

图2 两种示波器计算误差比较

虚拟示波器的两个通道分别测试正弦波和三角波信号，测试结果如图3(a)所示。物理示波器的两个通道也分别测试正弦波和三角波信号，测试结果如图3(b)所示。其中正弦波信号参数为:频率10kHz，峰峰值12V，偏移量0V;三角波信号参数为:频率20kHz，峰峰值11V，偏移量4V。

图3 两种示波器测量给定信号波形比较

3.2 特性测试子模块实验结果及分析

由于空载特性测试、外特性测试和调节特性测试的对比情况类似，这里以空载特性测试实验为例进行比较，实验中所用电机是一个6/4结构电励磁双凸极，额定功率200W，额定电压28V，额定转速4000r/min。利用软件进行空载特性测试实验的数据及绘制的曲线如图4所示，利用电压表和电流表手动测试了一组空载特性试验数据。应用Matlab将手动实验数据拟合成曲线如图5。

比较两种不同方式测绘的曲线可以看出，自动测绘情况下数据相对精确、曲线相对平滑;同时利用该软件进行一次空载特性实验测试不到10秒钟的时间就可以完成，可以在学生实验课程开始之前，快速完成各型电机的参数测试和曲线绘制等工作，提供各种标准参数和特性曲线，为实验结果验证提供比对材料。通过与标准实验结果的对比，指导学生发现实验过程的各种问题等

图4 软件空载特性测试

图5 手动空载特性测试

4 结语

由此可见:①采用图形化的编程工具LabVIEW来开发该测试平台软件，上手快、编程效率高，且通过自定义个性化控件，可以使得设计的软件界面美观、友好;②利用该软件进行实验，可以大大提高实验教学的效率，上位机软件自动进行特性数据测，自动生成实验报告;③该教学实验平台还可以用来对比手动测试的实验结果，以此来考核实验结果的正确性。

［1] 胡文彪，马伟明.基于LabVIEW的电机数据采集系统［J] .武汉:海军工程大学学报，2005，17(3):61-65

［2] 吉顺祥，刘旺锁，宋晓婷.基于LabVIEW的数据库访问技术［J] .武汉:船海工程，2007，36(3):125-128

［3] 雷振山.LabVIEW7.1Express实用技术教程［M] ，北京:中国铁道出版社，2004

［4] 陈锡辉，张银鸿.LabVIEW8.20程序设计从入门到精通［M] ，北京:清华大学出版社，2007