基于LabVIEW的电机转速转矩测量系统设计

摘  要：传统的电机性能参数测量系统一般以单片机为核心，包含用户接口、输出显示等功能，但这些产品都是以硬件为核心，使得与用户的交互和功能的修改都很不方便。现基于LabVIEW软件平台，设计一个电机转矩转速测量系统，利用JN338转矩转速传感器检测电机驱动控制系统的转矩、转速信号，然后利用DAQ数据采集卡采集从JN338转矩转速传感器出来的转矩、转速信号，并利用LabVIEW软件对测量的信号进行计算处理，得出实际转矩、转速大小及波形;另外，测量系统界面设计十分人性化。

关键词：LabVIEW;转矩;转速;JN338;DAQ

1    基于LabVIEW的电机转速转矩测量系统的构成

总的来说，本转矩转速测量系统由四部分构成：JN338转矩转速传感器、NI SCB-68信号调理模块、DAQ数据采集卡和LabVIEW软件平台，如图1所示。即先利用JN338转矩转速传感器检测电机驱动控制系统的转矩转速信号;然后NI SCB-68信号调理模块对JN338转矩转速传感器出来的转矩转速脉冲信号进行调理;再利用DAQ数据采集卡采集经过信号调理的脉冲信号;最后利用LabVIEW软件对测量的信号进行计算处理，得出实际转矩、转速大小及波形。

2    基于LabVIEW的电机转速转矩测量系统的软件设计

2.1    DAQ数据采集卡的软件设置

DAQ数据采集卡负责采集JN338转矩转速传感器的两个脉冲输出，但DAQ数据采集卡需要在LabVIEW软件中对其进行采样率、采样点数等的设置。利用LabVIEW中的DAQ助手（DAQ Assistant）函数可以很容易地对数据采集卡进行设置。

创建任务后，需要设置数据采集卡的采样率和采样点数。要注意的是，采样率的选择是有一定要求的，根据香农定理，采样率至少必须为所采样信号频率的两倍。

2.2    输入脉冲频率的计算

经过以上设置，每个采样周期DAQ助手函数都会采集到JN338输出的两列脉冲波（一列是转矩脉冲波，一列是转速脉冲波），并以数字量的形式存储在两个数组中，数组的大小就是已设置的采样点数。

输入频率的计算是先计算出采样脉冲的个数，再用采样周期（采样频率分之一）除以脉冲个数，就可以得出平均每个脉冲的周期，周期分之一就是频率。

2.3    转速、转矩的计算、显示及存储

电机转速与JN338输出的转速脉冲频率的对应关系为N=60f/z，z取60，因此每秒钟检测到的脉冲数恰好等于电机每分钟的转速值;电机转矩与JN338输出的转矩脉冲频率的关系为Mp=N（f-f0）/（fp-f0）。因此，计算出两个脉冲的频率后就可以根据两个脉冲频率与转速、转矩的对应关系计算出相应的电机转速和转矩。

2.4    系统时间的存储

每次将计算出的转速、转矩的值存入相应文件的同时，将该时刻的系统时间存入另一个文件，表示这一次检测到的转速、转矩值对应的时间，这些数据在转速、转矩历史曲线的显示中要用到。

2.5    转速、转矩的历史曲线显示

将计算出的转速和转矩值分别存入两个二进制文件的同时，将对应的当前系统时间存入另一个二进制文件，如果需要显示转速的历史曲线，则只需分别读出转速二进制文件和系统时间二进制文件，并以读出的转速数据为Y轴数据，读出的系统时间数据为X轴数据，在XY波形图上显示出来;显示转矩的历史曲线同理。

2.6    转速转矩系统人机界面的设计

在运行界面中，可以设置DAQ数据采集卡的采样率和采样点数，如果是采用仿真信号作为输入还可以设置仿真信号脉冲的频率，点击“开始”后两个表盘分别显示实时转速和实时转矩值，右侧利用选项卡控件可选择显示转速趋势图、转矩趋势图、转速历史曲线或转矩历史曲线。

3    基于LabVIEW的电机转速转矩测量系统的测试

3.1    输入信号为仿真脉冲情况下系统的测试

接入仿真信号函数，让系统在输入信号为仿真脉冲信号的条件下开始运行，通过拨动相应的旋钮，改变仿真转速脉冲和仿真转矩脉冲的频率，可以观察到转速和转矩值与转速、转矩脉冲頻率的对应变化。

3.2    输入信号为真实采样脉冲情况下系统的测试

把JN338输出的两路脉冲信号经过信号调理模块后接入数据采集卡的相应通道（ai0和ai1），利用DAQ助手对数据采集卡进行设置，之后程序就可以读取到两路脉冲信号，通过程序对相应信号进行处理后就可以测得电机的转速和转矩。改变电机转速和转矩，将系统测得的转速和转矩与传统电机测试平台测得的转速和转矩进行对比，结果如表1所示。

这里所指的传统测试平台是指以单片机为核心的转矩转速测试仪。由以上数据对比结果可知，本系统与传统测试平台的测量精度相当，然而，基于LabVIEW的电机转矩转速测量系统却有着传统测试平台无可比拟的优越性，比如，基于LabVIEW的电机转矩转速测量系统可以在界面上清楚地看到电机转矩转速变化的趋势图，可以对电机转矩转速的数据进行存储和管理，还可以根据测量对象的不同改变数据采集卡的采样率，以提高采样精度等，这些都是基于单片机的传统测试平台所不能做到的。

4    结语

本文主要针对电机转速和转矩的量测，通过DAQ数据采集卡实现对电机特性相关参数的采集，在LabVIEW编程环境中实现转速、转矩的计算，转速、转矩曲线的输出。

由前面的测试结果可知，本电机转速转矩测量系统基本上能够满足电机转速和转矩测量，转速曲线和转矩曲线显示以及对测得转速和转矩值进行存储和管理的要求，且系统操作界面简单、直观、友好，可以看出LabVIEW不失为一种很好的虚拟仪器开发平台，发展前景值得期待。

[参考文献]

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[2] 姜风国.基于虚拟仪器的电机电参数测试[J].机电工程，2007，24（4）：20-22.

[3] 陈蕴基.转矩、转速测量中虚拟仪器系统硬件的研究[J].电气电子教学学报，2002，24（3）：46-48.

收稿日期：2020-06-23

作者简介：蔡杰焕（1988—），男，广东潮州人，系统集成项目管理工程师，研究方向：工业互联网。