永磁伺服电机及其非晶合金材料检测系统平台

发布时间：2016-08-04 09:55

第 1 章 绪论

在永磁电机设计过程以及非晶合金材料性能的探索研究过程中，需要不断根据性能测试结果做出优化，但是针对永磁电机测试尚缺乏统一的方法与正式标准，目前基本上沿用异步电机的一套测试方法[4]。使用大量的仪器仪表以及人力来测量，这造成了测量结果的不准确以及资源的浪费。因此以计算机高速数据采集技术为基础，结合Labview 相关功能[5]，研制可以自动采集永磁电机电压、电流、转速、转矩、反电动势及其它性能参数的多通道永磁电机测试系统对于研究和优化永磁电机工作过程，评价永磁电机性能[6]，以及提高生产效率，减轻工作强度和提高产品质量有着重要意义。此外，工程中心现正研究非晶合金材料相关性能的优异，拥有一套自动测试系统能够更加快捷准确地完成测试工作。对于新材料的各方面指标进行全方位的评估，无疑工作量是非常庞大的。在此背景下，开发一套能直接应用于非晶合金材料检测的装置，能够为研究工作提供便利，节约时间节约人力，对研究非晶合金材料以代替传统的硅钢片有着重要意义。

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第 2 章 自动检测平台关键技术及设计原理

2.1 虚拟仪器技术

虚拟仪器技术就是利用现有的计算机，配上相应的硬件和专业软件，形成既有普通仪器的基本显示功能，又有一般仪器所没有的特殊的高档低价格的新型仪器[38]。它利用计算机强大的图形环境，建立界面友好的虚拟仪器面板，操作人员通过友好的图形界面及图形化编程语言控制仪器运行，完成对被测试量的采集、分析、显示、存储和数据生成。用户可根据测试功能的需要，自己设计所需要的仪器系统，只要将具有一种或多种功能的通用模块相组合，并且调用不同功能的软件模块，就能组成不同的仪器功能。当测试要求改变时，只要增加或更换仪器软件模块，就可以构成新的仪器。虚拟仪器的基本思想是利用计算机来管理仪器、组织仪器系统，进而逐步代替仪器完成某些功能，最终达到取代传统电子仪器的目的。

2.2 软件内存管理优化技术

在系统应用过程中，一旦平台操作时间过长，程序会出现运行缓慢甚至短暂性停滞状态。这是由于软件在运行过程中，会有重复利用缓存的原因，这样就导致占用内存过大，导致运行缓慢。另外，由于程序连线、布局方式的冗杂，也会对内存占用产生不良影响。基于此，本节从合理利用缓存和排线分布方式优化两个方面来对系统占用内存进行优化。截止目前为止，已有部分学者对自动测试平台作了较为细致的研究，其中不乏有利用 LabVIEW 软件作为设计工具的，也有采用串口通信技术作为硬件组成的，很少有将二者结合在一起进行开发。其中，为数不多的几位学者只是浅尝辄止地将二者结合起来，但是并没有对系统进行进一步优化，这在实际应用中是最数据采集的准确性以及及时性有一定抑制作用的。基于此，本文在设计之初，便对系统中软件以及串口通信部分作出优化，通过精练提高，系统性能有较为明显的提高。下面就开发软件 LabVIEW 作出优化与精简。

第 3 章 非晶合金材料自动测试系统的实现...........17

3.1 概况.........17
3.2 系统设计.......17
3.3 非晶合金材料试验.............23
3.4 测试结果分析...............25
3.5 本章小结..................27
第 4 章 永磁伺服电机自动测试系统的实现............28
4.1 系统设计原理.........................28
4.2 系统硬件部分设计.....................28
第 5 章 结论.................48

第 4 章 永磁伺服电机自动测试系统的实现

4.1 系统设计原理

永磁伺服电机自动测试系统，主要由硬件部分和软件部分两部分组成。硬件系统包括：数据采集部分以及试验运行部分。软件部分主要由数据采集程序以及数据处理程序以及控制程序组成，其主要功能为实现人机对话，通过串口通信的方式将数据采集到工控机，在 PC 中对数据进行处理。系统的主程序以强大的 LabVIEW 为主，在Windows Xp 系统下实现。图 4.1 为系统设计原理图。从系统图中可以看出，串口通信在系统中起到至关重要的作用，而且系统中所有设备均要与工控机相连接，具体方案在下文中会有详细介绍。

4.2 系统硬件部分设计

本自动测试系统的电源供给共有三种，分别是：与工频电网连接的大容量可调变压器、与工频电网连接的变频器和正弦波发电机组。工频电网连接调压器的电源系统主要适用于异步起动的永磁电动机和普通异步电机的电源供给。该变压器配备了调压电机，可以采用继电器驱动控制调压电机,实现远程控制调压器，避免试验人员近距离手动操作调压器，增大了安全系数，自动化程度也得到了提升。变频器如图 4.3 所示。永磁电机的型号及性能不断发展更新，电力电子技术的发展与电机控制的结合也愈加密切，很多永磁电动机的正常运行都需要使用变频器进行变频控制。本套自动测试系统选用了两台 ABB 公司生产的变频器,功率分别为 20kW 和 100kW，最大输出频率为 500Hz。这两种型号的变频器都具有 V/F 控制方式、矢量控制方式和直接转矩控制方式，即能开环控制也可配置编码器，进行闭环控制，最大程度的满足不同永磁电机对自动测试系统的试验要求。正弦波发电机组可以提供电压可调的变频正弦波，可以不连接调压器，实现对电机的调频调压。该部分主要为系统提供电源供给，驱动整个系统运行，其中不同电机试验所采取的供电方式也不尽相同。针对每一种供电类型分别对应有不同的控制程序对系统进行掌控。

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第 5 章 结论

本文设计的自动测试平台是将虚拟仪器技术与串口通信技术有效地结合，并采用图形化编程语言进行代码编译开发而成的工业自动测试系统。伴随着非晶合金材料应用的日益广泛，针对这一具有特殊性质的材料，开发出一套具有指定测试功能的自动化系统具有一定现实意义。另外，永磁电机的应用越来越普及，如何准确而快速地对相关试验项目进行测试愈发重要。通过对系统的软件编译、硬件搭建、不断调试以及最终的试验验证，可以得到如下结论：（1）当前大部分电机材料测试均为传统硅钢片测试，其测试手段与方法在一定程度上难以满足科研生产需求。本文结合非晶合金材料特点，，专门设计一套测试系统，该系统能够满足非晶合金材料各项测试需求，并通过试验验证了系统的稳定与可靠性。（2）针对大部分电机测试系统自动化程度不足以及采用编程软件功能单一化的问题，本套系统采用 LabVIEW 软件进行开发，针对具体项目研究出自定义试验模块，系统功能得到极大地丰富。在开发软件的基础上，通过改善内存占用率进一步优化了系统程序，节约内存约 1/2 左右。（3）目前相当一部分电机测试系统测试功能单一，且指向性明确，不能在电机不同试验项目间切换。本设计实现了集电机不同类型试验于一体的测试平台，可以通过工控机控制，通过调用对应模块的方式完成试验类型切换，节省了时间，提高了工作效率。

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参考文献（略）

本文编号：84511