基于Labview自動(dòng)化電驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

程帆　劉忠途　何敏欣

摘要：本文針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試開(kāi)發(fā)需求設(shè)計(jì)了電驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。通過(guò)Labview對(duì)硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)控制，通過(guò)一鍵化操作完成電驅(qū)動(dòng)測(cè)試過(guò)程的簡(jiǎn)易化與自動(dòng)化，減少測(cè)試工作量、提高測(cè)試精度，能夠在一定程度上提高電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的測(cè)試效率及效果。

關(guān)鍵詞：電驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)；自動(dòng)化測(cè)試；Labview；Matlab

1.引言

當(dāng)前，電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程是制約電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的一個(gè)重要因素。對(duì)作為電動(dòng)汽車(chē)主要?jiǎng)恿?lái)源及能耗結(jié)構(gòu)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，能夠在電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)車(chē)當(dāng)中之前，便先行對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的能耗效率、工作性能進(jìn)行檢定，對(duì)保證電動(dòng)汽車(chē)低能耗、高效率的工作特性具有非常重要的意義，有助于提高電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程，提高電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

2.電驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)功能分析

電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試的目的，在于通過(guò)測(cè)試，確定電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能是否良好、各個(gè)工況下的運(yùn)行效率是否高效等，從而確保該電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在電動(dòng)機(jī)械上能夠安全、高效、低能耗的運(yùn)行。

根據(jù)這些需求，該電驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能：

（1）測(cè)試系統(tǒng)中，測(cè)試的進(jìn)程應(yīng)能實(shí)時(shí)、直觀的顯示，方便測(cè)試人員能夠同步監(jiān)控測(cè)試進(jìn)程。

（2）測(cè)試系統(tǒng)中，測(cè)試數(shù)據(jù)應(yīng)能全程儲(chǔ)存，以備數(shù)據(jù)進(jìn)行后期分析處理，取得更全面的分析結(jié)果。

（3）電驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)能充分發(fā)揮待測(cè)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能，使測(cè)試能覆蓋待測(cè)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的全部工況，以取得全面的測(cè)試結(jié)果。

3.自動(dòng)化電驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)需求，該電驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)由電驅(qū)動(dòng)測(cè)試臺(tái)架及含上位機(jī)在內(nèi)的控制端組成。

測(cè)試臺(tái)架部分，由變頻器、負(fù)載電機(jī)、扭矩傳感器、功率計(jì)及連接部件構(gòu)成，其中大部分硬件采用國(guó)內(nèi)廠(chǎng)家生產(chǎn)，性能符合使用需求且成本適中。

其中變頻器部分采用匯川MD380變頻器及對(duì)應(yīng)回饋單元，通過(guò)JN338扭矩傳感器及Norma5000功率分析儀采集各個(gè)時(shí)刻的臺(tái)架運(yùn)行參數(shù)，測(cè)試不同驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能。

上位機(jī)由Labview軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試臺(tái)架的管理控制及數(shù)據(jù)管理。

3.2 控制程序設(shè)計(jì)

美國(guó)NI公司發(fā)布的Labview軟件平臺(tái)通過(guò)圖形化語(yǔ)言進(jìn)行編程，方便、直觀，可以節(jié)省大量的編程精力。Labview提供了大量的常用接口工具包，其中的輸入輸出控件，可以讓操作者非常直觀的監(jiān)控程序運(yùn)行以及讀取傳感器參數(shù)。

根據(jù)設(shè)計(jì)目的，Labview通過(guò)預(yù)定義的控制策略控制系統(tǒng)運(yùn)行以減少操作量，在不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)分別向電機(jī)控制器及變頻器發(fā)送不同控制指令，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)在不同的工況下運(yùn)行，并通過(guò)傳感器獲取各個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)下電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。

雖然Labview在控制程序編程方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，但在數(shù)值分析方面并不是最優(yōu)的選擇，與相關(guān)專(zhuān)業(yè)軟件仍存在一定差距。因此，需要使用精于數(shù)據(jù)分析計(jì)算的Matlab對(duì)Labview從傳感器中獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行更快、更好的分析處理。

當(dāng)Labview完成對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的控制及數(shù)據(jù)采集后，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)Matlab計(jì)算篩除數(shù)據(jù)中因?yàn)橹噶钫{(diào)節(jié)過(guò)程產(chǎn)生的毛刺，分析并取得最終需求的測(cè)試結(jié)果。

4.臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)試

為驗(yàn)證該自動(dòng)化電驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)能否按照預(yù)定目標(biāo)進(jìn)行工作，對(duì)該電驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行了運(yùn)行測(cè)試。

圖2所示為利用該自動(dòng)化電驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令間隔為10N·m、轉(zhuǎn)速指令間隔為500rpm進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試輸出的部分結(jié)果。可以看出測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)指令全面測(cè)試了待測(cè)電機(jī)的運(yùn)行工況，并分析處理取得測(cè)試結(jié)果。輸出結(jié)果清晰明朗，滿(mǎn)足測(cè)試需求。

該試驗(yàn)驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)化電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，在獲得有效結(jié)果的基礎(chǔ)上，相對(duì)手動(dòng)測(cè)試操作大幅減少操作工作量。

5.結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套成本適中的電驅(qū)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，以及一套通過(guò)Labview與Matlab無(wú)縫銜接實(shí)現(xiàn)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)化測(cè)試的方案，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的一鍵化操作完成原本復(fù)雜的手動(dòng)信息采集及數(shù)據(jù)處理流程，并在相對(duì)手動(dòng)操作更短的時(shí)間內(nèi)完成更多數(shù)據(jù)點(diǎn)的采集，同時(shí)數(shù)據(jù)點(diǎn)分布更為均勻、有效，不會(huì)因?yàn)槭謩?dòng)操作的疏漏造成不能全面、均勻測(cè)試工況的情況，提升了電驅(qū)動(dòng)測(cè)試工作的效率，并且使測(cè)試結(jié)果更為精確、有效。

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作者簡(jiǎn)介：

程帆（1989-），男，安徽省休寧縣，中山大學(xué)工學(xué)院在讀碩士，研究方向：半實(shí)物仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。